Leggere il Cielo - INAF OAS Bologna · 2. Brevi cenni di storia dell'astronomia 3. Breve e parziale...

LeggereilCielo

"Leggere il Cielo" raccoglie lelezioni dei corsi diaggiornamento tenutosi aBologna nel 1999-2000 per gliinsegnanti delle scuoleelementari e medie. L'obiettivodei corsi era quello di fornirenuovi stimoli per la conoscenzadei contenuti e per proporrestrategie didattiche adeguateper sensibilizzare gli studentiallaletturadelcielo.

1.Presentazione2.Brevicennidistoriadell'astronomia3.Breveeparzialestoriadeltempo4.Lasferaceleste5.Lagravità6.Laradiazioneelettromagnetica7.Lerelazionidell'astrofisica8.Lesorgentidienergianuclearenellestelle9.LagenesidelSistemasolare10.IcorpidelSistemasolare11.L'esplorazionedelSistemasolare

12.Dovesonoglialtri?13.Lestelleelaloroevoluzione14.VisitaguidataattraversolaViaLattea15.LegalassieoltrelaViaLattea16.Gliindicatorididistanza17.Introduzioneallacosmologia18.Esperienzedidattiche

Gli autori

RealizzazionediGianluigiParmeggiani

LeggereilCielo

PresentazioneBrunoMarano1

LeggereilCielopuòsembrareuntitoloaltempostessosempliceedambizioso,perunvolumecheraccoglieicontributipresentatiinoccasionediduecorsidiaggiornamentorivoltiagliinsegnantidellescuoleelementari,medieinferioriesuperiori,promossidall'OsservatorioAstronomicodiBolognaincollaborazioneconilDipartimentodiAstronomiadell'UniversitàdiBolognaeconlaProvinciadiBologna.Eppure,proprionell'intentodiavvicinareilpubblicoallaletturadelcielogiàdaannivienetenutounprogrammadivulgativo,intitolato"IlParcodelleStelle",natoperrispondereadunadiffusarichiestadiuncontattodirettoconlastrumentazioneelaricercaastronomicadapartediunpubblicosemprepiùinteressatoepartecipe.

L'astronomiasitrova,oggicomeinpassato,adessereoggettodiunalargaattenzione.Inessasimescolanoedintegranomotivazioniapparentementeassailontane:ilgusto"naturalistico"dellaconoscenzadeifenomeni,l'attrazioneperle"scienzeesatte",l'interesseperletecnologieavanzate,ilragionaresulcosmoesull'infinitoinconnessionecolpensierofilosofico.Esaltatadall'interessedeimediaperifenomeniastronomicirecenti,qualilacometaHale-Bopp,l'eclissedell'agosto1999elastessadecantatafinedelmillennio,l'attenzioneneiconfrontidell'astronomiarisentesenz'altroanchediunelementoulteriore:pursenzacondividernepresupposti,obiettiviemetodi,l'attrazionedicuisonooggettoastrologia,suppostiinflussizodiacaliedoroscopihacostituitoinfattiunasortadialonepubblicitariointornoall'astronomia.

Senzacostituirematerieautonomediinsegnamentonellescuole,l'astronomia,l'astrofisicaelacosmologiacostituisconounterrenoculturalevastoevariegatoe-comesidicecontermineforseabusato-interdisciplinare.Ècosìparsonaturaledarprosecuzionealprogrammadivulgativoconuncorsod'aggiornamento,chenonsidessetantol'obiettivodispiegare"come"o"cosa"sideveinsegnare,quantoquellodiforniredeglistimoli,siaperquantoriguardaicontenuti,siaperquantoriguardaimetodi,conladescrizionedistrumentimultimedialiediesempidiattivitàdidattica"sulcampo".Laproposta,alungodiscussa,diuncorsoampio,quasi"onnicomprensivo",rispettoadunapossibileimpostazionepiùspecialisticaemirata,discendedalvolereinnanzituttofarcoglierelemoltefacce,imoltispazidelladisciplina.

Ideatoedorganizzatonel1998,ilprimociclodiLeggereilCielohaincontratounanotevolissimapartecipazionedapartedegliinsegnantidellaProvinciadiBologna,cosìdaindurciariproporlo,articolatoinduemoduli,nel1999-2000.L'attivaepartecipepresenzadegliinsegnantièstataunacomponentefondamentaledelcorso,realizzandounacontinuadialetticatraastronomiemediatoridell'astronomianellescuolealfinedipredisporreunostrumentodidatticoquantopiùpossibileutileedagilealtempostesso;l'apportodegliinsegnantichehannofrequentatoilcorsohacostituitoinfattiunmomentoassaisignificativodiincontrotrailmondodellaricercaastronomicaequellodelladidatticascolastica,neltentativodirealizzareunlinguaggiocomunepertrasmettereunadisciplinaairagazzie,magari,fargliela

amare.

Nelpubblicareoggiquestovolumesièpensatoquindidifornirenonsolounasortadidispensaperchiavevafrequentatoilcorsostesso,maunostrumentochepotesseservireancheadaltriinsegnantiperunaggiornamentosulletematicheastronomiche.Isingoliinterventipertanto,cherispecchianolelezionitenuteduranteilcorso,sonostaticoncepitiall'internodiundiscorsoorganicosull'astronomia,madotaticiascunodiautonomiarelativamenteall'argomentosviluppato.

NelringraziarechihapresoparteaLeggereilCielo,siainvestedidocentechedidiscente,nonchéeicuratoridiquestovolume,miaugurocheilcontattostabilitoconlescuolepossaproseguireanchenegliannifuturi,neltentativodiavvicinareall'astronomiainmodocorrettoglistudenti,findallescuoleelementarieviaviaaccompagnandolinelcorsodeilorostudi.

1DirettoredelDipartimentodiastronomiadellaUniversitàdiBolognaedell'OsservatorioAstronomicodiBologna

LeggereilCielo

BrevicennidistoriadellaastronomiaFabrizioBònoli

Introduzione

Gliinizi

L'ereditàdelleciviltàmediterranee

Lastradaversola"rivoluzionescientifica"

Lenuoveosservazioni

Lanascitadell'astronomiamoderna

Daiprimordidell'astrofisicaall'attualità

Oggi

...edomani?

Letture

Introduzione

Leprimetestimonianzedelpensieroumanoedeisuoilegamiconlecosedelcieloappaionomoltemigliaiadianniorsono:abbondanosepolcri,graffitiescultureesiriconosconosimbolilegatiaglioggetticelestiincisisullerocceoltreacoscientiorientamentisolariinprimitivitumulisepolcrali.Sipuòimmaginare,daquestevaghetestimonianze,chel'astronomiasiastatatralepiùantichedellescienze,dalmomentochel'attenzionedelgenereumanovennesicuramenteattrattadallagrandescenografiaastronomicafindaitempipiùremotie,primofratutti,dalfenomenopiùovvioeappariscente,l’alternanzadelgiornoedellanotte.

Primadell'invenzionedellascrittura,siconoscevanolefasidellaLuna,ilmovimentodiurnodellestelle,chepresentalecostellazioniogninotteconunoschemaimmutabile,ladifferenteposizioneincielodelSolenelcorsodell'annoedilperiodicoritornodellestagioni.Leprimenozionidiaritmeticaaiutaronoa"numerare"queglieventiricorrentieleprimenozionidicosmografia-intesaallalettera,propriocome"descrizionedellecosedelcielo"-nacquerocertamentepervenireincontroallenecessitàpratichedinaviganti,nomadieagricoltori.Daqueitempimoltastradaèstatapercorsael'astronomiaoccidentalehaconosciutolegerarchiedellacosmologiadiAristoteleelecomplicazionidideferentiedepiciclidiIpparcoeTolomeo,ladescrizionealto-medievaledelCosmocomeCasadiDioeilriaffermarsidiunadisciplina,l'astrologia,chepretendevadicomprendereleinfluenzedeicorpicelestisullecosedell'Uomo,lecriticheneoplatonicheecopernicanealleantichedescrizionidelMondoegliultimitentativigeocentricidiTychoBrahe,la"rivoluzionescientifica"conGalilei,KepleroeNewtoneleconfermeosservativedelsistemaeliocentrico,l'accuratamisurazionedelCosmoottocentescaelacontemporanealentanascitadell'"astronomiafisica",ilgrandedibattitosullanostraGalassiaesullegalassie,l'evoluzionedell'Universoeleteoriecosmologichenewtonianeerelativistiche,l'esplorazionedeipianetielosbarcosullaLuna,l'osservazionenellevariebandedellospettroelettromagneticoedisatellitiastronomici,perarrivare,aigiorninostri,aigranditelescopiaterraealTelescopioSpaziale,iqualihannodilatatoadismisuraiconfiniosservatidell'Universoelacomprensionedellasuanaturaedellasuaevoluzione.

Conquestapremessaèfacile,allora,capirecomelastoriadell'astronomiapercorracompletamentetuttalastoriadell'uomoedelsuopensieroedèaltrettantofacilecomprenderecomedescriverequestastoriainpochepaginesarebbeoltremodoriduttivo.Sirimanda,quindi,allaletturadeitesticonsigliatiinbibliografialapossibilitàdiaffrontareilquadrocomplessivodellevicendeastronomicheediapprofondire,asecondadellapreparazioneedegliinteressipersonalidiciascuno,diversiargomenti.È,invece,intenzionedichiscriveutilizzarelospaziodisponibileper

cercarediindicareunoopiùfiliconduttori,all'internodellastoriadell'astronomia,chepossanoservirecomesuggerimentididatticiagliinsegnantidelledifferentidiscipline.Proprioperchél'interesseversoifenomenidelcielo,comevedremo,èstatoinmolteepochestrettamentelegatoanumeroseespressionidelpensieroumano,essosiprestaadunutilizzomultidisciplinarepiùdialtredisciplinescientifiche,favorendointalmodopressoglistudentilacomprensionedellacomplessitàdellanostraculturaattraversoilegamitralevariedisciplineedivariperiodistorici.Legamiche,sovente,nellascuolanonsonofortementeevidenziati,spessopermotividovutiancheadesigenzeditempoediprogrammi,rischiandointalmododifavorirenellostudenteunaconoscenzadellesingoledisciplineparzialmente,quandononcompletamente,ristrettoallamateriainesame.

LeggereilCielo


Introduzione

Gliinizi



Lenuoveosservazioni



Oggi

...edomani?

Letture

Gliinizi

Leosservazionidelregolarerivolgersideglioggetticelesti,inteseadefiniredeiciclitemporaliutiliallecomuniattività,insiemealtranquillizzantedesideriocheledivinitàcelestifavorisserolaconsuetaregolaritàditalimoti,hannocertamentefavoritoduecorrentidipensiero:daunaparte,iltentativorazionaledicomprenderel'esistenzadilegginaturalieimmutabili,dall'altra,iltentativomisticodicollocareneicieliesserisoprannaturalieonnipotentichepresiedesseroaquelleleggi.Nellastoriadelpensieroumano-e,perchéno,ancoraoggi-siriconosconoquesteduecorrentidipensiero,avolteindissolubilmentelegate,avoltedrammaticamenteseparate.

Sonoquesteleideechedevonoaveredatoinizioaiprimimitiecultistellari,chehannounpostoimportantenellevariereligioniprimitive.Perquantositorniindietronellastoriadell'uomo,infatti,siincontranopensierieconcettiditipocosmogonico.Intutteleepoche,intuttelelatitudinieinognilivellodicivilizzazione,l'uomosièinterrogatosullesueorigini,sullanascitadellaTerraedeicieli,sullacomparsadellavitae,eventotristementericorrente,sullasuaineluttabilefine.Essendogliinteressiguidatidaqualcosadipiùdellasemplicecuriosità,inostriprogenitoritentaronodiformularerisposteprimadiessereperfinoingradodiesprimerecorrettamenteledomande.Ilegamitracertifenomenicelestieterrestri,inparticolaretrailciclodellestagionielediversealtezzedelSolesull'orizzonteeidifferentipuntidellasualevatafurono,così,conosciutimoltopresto.

Accantoaigrandifenomeniperiodici,taloraneappaionoincielodieccezionali,comeeclissiecomete,iqualivennerointerpretaticomeisegnidivinidipropositimaligni,piùspessochebenigni,inquantointerrompevanolaquotidianaregolarità.Allostessomodoilcomportamentoirregolaredialcunicorpicelesti(ipianeti,gli"astrierranti"),rispettoalciclicorivolgersidellestelle,futrovatomisterioso.Cosìsiandavasviluppandounmiscugliodiastronomia,astrolatriaereligione,laprimaspessoalserviziodellealtredue.

Primadell'etàdeigreci,nellegrandiciviltàdiMesopotamia,EgittoeCinavedevanolalucecosmologiemitiche,assiemealladivisionedelcieloincostellazionieallamisuradeltempoedeimovimentidellestelle,laquale,neisuoiincertiiniziepermillenni,nonebbealtroausiliostrumentalechel'occhioumano.Alloscopodimisurareiltempo,duranteilgiornoedurantel'anno,potevavenirusatolo"gnomone",unbastonepiantatonelterreno,checonsentivadiosservarelevariazionidellasuaombraprodottedaldifferentepercorsodelSole.Alloscopodiosservarelevariazioninell'altezzadistelleogruppidistelleedilmotoirregolaredeipianeti,venivanousatistrumenti,spessonormalibastoni,fornitidifessureomirinidausarequalitraguardi,checonsentisserodieseguiredellesemplicitriangolazionipermisurareangoliodistanze,utilizzatianchedaagrimensoriperdefinirele

dimensionidiuncampo.Strumentiderivatidaquesti,conmodifichepiùomenosostanziali,rimaseroinusopersecoliescomparverosoloconleinvenzionidelcannocchialeedell'orologioapendolo.ConessisirealizzarononelIIIsecoloa.C.iprimicataloghidistelleeleprimetavoledimotiplanetari,alloscopodieffettuaredelleprevisioniastronomicheediformulareleprimeteoriesul"SistemadelMondo".ConstrumenticomequestiIpparcoprimaeTolomeopoi,trailIIsecoloa.C.eilIId.C.,costruironoquell'accuratosistemageometricoematematicodiepicliciedeferentiche,sottoilnomediSistematolemaico,fuportatoallaperfezionedagliastronomiarabie,infine,messoindiscussionedaCopernico.

LeggereilCielo


Introduzione

Gliinizi



Lenuoveosservazioni



Oggi

...edomani?

Letture


Lanascitadellaculturagrecalasciòilprimosegnonellastoriadell'astronomiaoccidentaleedellealtrescienzenaturali.Unnuovomododioccuparsidellanaturainizia,infatti,nelVIsecoloa.C.,all'internodellacosiddetta"scuolaionica".Scienzaereligionefuronoseparateel'aspettosoprannaturalefurimossodallespiegazionideifenomeni.Talete,isuoidiscepolieisuoisuccessorigiunseroaunconcettodelmondodoveglideigiocavanounruolosecondario."Iprimianimali-affermavaAnassimandro,conunaintuizionedecisamenteevoluzionista,purnellasuaingenuità-furonoprodottinell'umiditàefuronocopertidiuntegumentovilloso;colpassaredeltemposidiffuserosullaTerra.Quandol'involucrosiaprì,cambiaronosubitoilloromododivivere;lecreatureviventinacquerodall'elementoumidofattoevaporaredalSole.Dapprimal'uomosomigliavaadunaltroanimale,cioèadunpesce".Collegarequesteanticheideeall'evoluzionismodiDarwinesottolinearelecritichechefuronomossealloscienziatobritannicoinpienoOttocento,manonadAnassimandrooltre2000anniprima,elecensurecheancoraoggivengonoesercitatesull'evoluzionismoinalcunipaesipuòrendereevidentecomelecondannedieresiasianosemprepresenti,mafortementelegateallestrutturesocialieculturaliincuivengonoespresseenonalleideechevengonocondannate.Inaltreparole,leideenonsonoereticheinquantotali,malosonosoloinfunzionedicolorochelegiudicano.Comeènoto,gli"infinitimondi"periqualivennecondannatoGiordanoBrunonel1600eimotidellaTerrapoiforzatamenteabiuratidaGalileoeranoglistessiliberamentedescrittidaNicolòCusano,cardinale,vescovoelegatopontificio,benduesecoliprima!

Contemporaneamenteallafiorituradellascuolaionica,nascevanell'ItaliameridionalelascuoladiPitagora.Fondatasuunaconcezionematematicadelmondo,reintroducevaconcezioni"religiose"nellostudiodellanatura,attribuendoproprietàgeometrichemisticheanumeriefigure.Ambeduequestescuoledipensierodiederovitaallegrandiscopertedell'antichità.Incampoastronomico,inparticolare,sidevonosegnalareilriconoscimentodellaTerracomeuncorpocelesteisolatonellospazioeperfettamentesferico,ladirezionedicadutadeigravidirettaversoilcentrodellaTerra,lateoriadelleeclissi,leingegnosecostruzionigeometrichecapacidispiegareilmotoapparentedeipianetisullasferaceleste,laprimarozzamisuradelledimensionidellaTerra,dellaLunaedelSoleedellerelativedistanze.

Ilcomprenderecomeiprimitentativirazionalidiosservazionedellanaturasianopoistatiabbandonatieripresi,perunbreveintervallo,soloalcunisecolipiùtardinellascuolaellenistica,perrisorgereanuovavitadopoilQuattrocento,costituisce,senz'altro,unutileeserciziodistudiointerdisciplinare,chepuòusciredairistrettilimitidellascienzaperspaziarenellafilosofia,nellareligione,nellaletteratura,nell'artee,perchéno,anche

nell'educazionecivica.Può,infatti,suscitareuncertointeresseilcomprenderecome,inmolteepocheenonsololontane,lareligionediStato-meglio,l'ideologiadiStatoaifinidellapropriasopravvivenzaeautoconservazione,possaavercercatodiesercitareun'operadioppressioneintellettualedeltuttoincompatibileconladiffusioneelosviluppodellacultura,anchemediantelacreazionedigruppiprivilegiatichefosseroisolidepositaridelleconoscenzeodeimezziperdiffonderle.Vediilcasodella"casta"degliscribinell'anticoEgitto,ilgiuramentopitagoricodinondiffondereleconoscenzealdifuoridellacerchiadegliadeptie,intempipiùvicinieconledebitedifferenze,ilmodoincuileinformazioni(nonsoloscientifiche)vengonoselezionateediffuse.

Tornandoallevicendeastronomiche,ilprogrediredelleosservazioniedeltentativodicomprenderleall'internodeisistemifilosoficichesiandavanosviluppandotresolinomipertutti:Democrito,Platone,Aristotele-facevanascerequelladescrizionedelCosmochesarebbeandatasottoilnomedi"sistemageocentrico".Lagerarchizzazioneelasistematizzazioneall'internodelprimorealetentativodifornireunaspiegazionefisicaaifenomeni,eseguitodaAristotele,eleconvincentidescrizionigeometriche,inaccordoconlarealtàosservativadeitempi,fornitedaIpparcoeTolomeo,finironoperfar"considerareconclusa"l'avventuradellaconoscenzaastronomicaallesogliedelIIIsecolod.C.Talebrillanteconclusione,purnellasuacompletezzaastronomica,fisicaemetafisica,lasciò,tuttavia,agliastronomitrepostulatichebloccavanolosviluppodellascienzaceleste.

Primotratuttieralaconcezionegeocentricao,meglio,geostatica,chesostenevachelaTerra,assolutamenteimmobile,occupavailcentrodell'Universo.Secondopostulatoeraladivisionegerarchicadell'Universoinduemondi:ilCosmo,unmondodipurezzadovenullapotevamutare,mondodell'etere,del"cristallino"edelmotocircolare,eilmondosublunare,unmondodiimpuritàedimutamenti,mondodellaTerra,deiquattroelementiedelmotorettilineo.L'ultimopostulatosostenevacheilmotocircolareuniforme,ounacombinazionedimotidiquestotipo,fossel'unicomotopossibilepericorpicelesti.

Talipostulaticosmologiciregnaronopraticamenteinalteratipersecoli.UnicaeccezionefuilsistemacheerastatopropostodaAristarcodiSamonelIIIsecoloa.C.CostuiposeilSolealcentrodell'Universo,sviluppandoforseun’anticaideapitagoricadell'esistenzadiunfuococentrale,eattribuìallaTerraunmotodirotazionesulsuoasseedunodirivoluzioneintornoalSole,ponendoinoltrelestelleaunadistanzainfinitamentegrandedanoi.LeopinionidiAristarcofuronoimmediatamenterespintedaisostenitoridelleipotesigeostatiche.FratuttiidenigratoridiAristarco,primifuronogliastrologi,cheavevanofattodelsistemageocentricoilfondamentodelleloroprevisioni.SiarrivacosìaltrionfocompletodelladottrinadiTolomeoespostanellaSintassiMatenatica,restituitapoidagliarabialmondooccidentalenelXIIsecolo,conilnomediAlmagesto(cioèal-meghiste,ilpiùgrande).

Inverità,dubbisullarealtàfisicadiunsistemageocentricoegeostaticorimaseronellastoriadelpensiero,pursecomelabilitracce,efuproprioseguendoquestidubbicheCopernicoarriveràalladefinizionediunsistemacomequellodiAristarco.

"OccorreràanchericercareseilMondosiaggiriintornoallaTerraimmobile,oselaTerrasimuovastandofissoilmondo.Disseroinfattialcunichenoicimuoviamoanostrainsaputaeillevareeiltramontodegliastrinondeveessereprodottodalmovimentodelcielo,madalnostro.Ècosadegnad'essereesaminatasevogliamosaperecomesonolecose:selanostrasedesiaimmobileoppurevelocissima:seDioconducaingironoioppurel'Universointornoanoi....Non

sonoancora1500annicheiGrecisisonooccupatidiastronomia....Verràuntempoincui,aforzadipazientiricerche,siriveleràciòcheoggiènascosto....Verràuntemponelqualeinostridiscendentisarannosorpresichenoiabbiamoignoratocosecosìovvie".Quantevoltesuinostribanchi,faticosamenteimmersineldizionariodilatino,abbiamotradottoSeneca.PerchénoncièmaistatocommentatoafondoquestobranodelleNaturalesQuaestiones?ScrittonelIsecolod.C.,conisuoiinterrogativi,isuoidesideridicomprenderelarealtàdellecosealdilàdeipostulatibendefiniti,lasuaconsapevolezzadellaignoranzadeitempi,lesueprevisionidiunsicurosviluppodellaconoscenza,dimostraunaimpressionantemodernitàebensiprestaasviluppareundiscorsoingradodiavvicinarepiùdiscipline.

Lafortepresenzadisignificatiastronomicinellaquotidianità,siaperscopipratici,comesidiceva,siaperscopimisticierituali,sipuòritrovareinnumeroseespressionidelpensiero.Ancheinquestocaso,unutileeserciziodiricercainterdisciplinarepuòconsentiredilegareinsiemepaginedistoriaediletteratura,diarteedifilosofia,utilizzandocomefiloconduttoreproprioisimboli,piùomenoespliciti,legatiallecosedelcielo.

LeggereilCielo


Introduzione

Gliinizi



Lenuoveosservazioni



Oggi

...edomani?

Letture


Lacosmologiaaristotelicael'astronomiatolemaica"funzionarono",così,perquattordicisecoli,senzavariazionidirilievoattraversotuttoilMedioevo,ilqualespessocomparenell'immaginariocollettivocomel'epocadei"secolibui":nientedipiùsbagliato!

Lastoriadellascienzamedievaleèlastoriadicomeèstatadisseminata,assimilata,modificataerinnovatalascienzaprecedente,sostanzialmentequellagreca,nelsuopassaggiodall'Imperobizantino(quantisottolineanocomelapresenzadiBisanzioinItaliasiadurataoltremezzomillennio?)almondoislamicoesuccessivamenteall'Occidenteeuropeo.Questofantasticoviaggioculturalemillenarioripercorre,dapprima,lagradualedisintegrazioneetrasformazionedelmondoromano,lenuoveformedivitasocialeedeconomica,iltrionfodelCristianesimo,lacrescitadiunpensieroche,inopposizionealrazionalismoellenistico,portavaadistaccarsidallecoseterrenenell'aspettativadiunmondospirituale,ladiffusionedidottrineermetiche,cherimasticavanoallorointernoelementidiplatonismo,pitagorismoestoicismo,iltentativodicomprendereespiegarelanaturael'universoattraversol'intuizioneeilmisticismo.

Poi,conunfenomenocheperesigenzediperiodizzazionestoricasisuolechiamare"larinascitadell'annoMille",iniziailviaggioattraversoimovimentichehannoportatoallaformazionedell'Europamodernaedeimodelliattualidivitasocialeeculturaledell'Occidente.Tuttoquestoavvieneconlariscopertadelmondoantico,principalmenteattraversolamediazioneislamica,econl'elaborazioneedilrinnovamentodelleideediquelmondo.Tuttociò,nelcorsodipochisecoli,porteràalRinascimentoeallarivoluzionescientifica.L'interpretazioneelagrandesintesidelpensieroaristotelicoinchiavecristiana,eseguitedaTommasod'Aquino,favorisconounatteggiamentorazionaleversolacomprensionedellanatura:"rivelazioneeragioneprocedonodallastessafonteelarivelazionenonsiopponeallaragioneumana,laqualepuò,condiversocammino,giungereallaverità".Inoltre,"questonostromondoèconnessoinmodonecessarioaimovimentidelmondosuperiore",dacuil'importanzadellostudioedellaconoscenzadellecosecelesti,soprattuttoattraversolaletturachenevienefattadall'astrologia.QuestadisciplinadalleanticheoriginisiparladellaMesopotamiaedell'iniziodelprimomillennioa.C.natadallacommistionediformediastrolatria,negromanziaemantica,siriaffermainquest'epoca,grazieancheall'importanzacheavevaassuntonelmondoislamico,e,attraversolamatematica,lageometriaelascienzanaturale,cercadispiegareinchemodoimutamentidelcielocausanoquellisullaTerra.Ladivisionetracolorochevedonounanaturalecausalitàneigiudizidegliastriecoloro,invece,chepretendonocheunamaggiorelibertàindividualederivipropriodaunamiglioreconoscenzadeimotideicorpicelesti

-"gliastrisollecitano,manoncostringono"-percorrelargapartedellastoriadelpensieroastronomicooccidentale.LastessaDivinaCommedianeèunsignificativoesempio.L'operadiDante,cheperaltroavevastudiatoancheastronomianelsuosoggiornobolognese,sirifà,perlasuaconcezionedell'Universo,adAristotele,attraversoilcommentodiTommasoalDeCoelo,aLilivreesdoutresordiBrunettoLatini,enciclopediaeruditadimodestolivellodelsecoloprecedente,e,soprattutto,allatraduzionediGerardodiCremonadegliElementidiAstronomiadial-Farghânî.Negliultimiannidellescuolesuperiorimeriterebbesicuramentemoltaattenzione,comeesempiodicollaborazionetramateriescientificheedumanistiche,unaletturadellaDivinaCommediainchiaveastronomica,contuttalaastronomiaelaastrologia,espliciteesimboliche,chevisiritrovano,aspecchiodiunaculturadiffusanellaqualelaconoscenzadelcieloerapartefondamentale.

Illentodeclinodell'astrologiaesplicitamentecondannatadaunabolladiSistoVnel1586-vennepoifavorito,siadallosviluppodeglistudimedici,neiqualilaprevisioneastrologicaavevasvoltounruolofondamentale,siadallacrescitadelleideeneoplatonichecheconcedevanovastaautonomiaallecapacitàintellettualidell'uomo,centrodell'Universo.ÈdaquesteideeedallarielaborazionedelleantichecosmologiechevieneattuatanelcorsodelQuattrocento,chefiorisce,all'internodelRinascimentolacosiddetta"rivoluzionescientifica",dellaqualelapubblicazione,nel1543,delDeRevolutionibusOrbiumCoelestiumdiNiccolòCopernicopotrebbeessereconsideratoeventoparadigmatico.CopernicovennequasisicuramentestimolatoadunarevisionecriticadiTolomeodaisuoistudibolognesi,avvenutiinunambiente,appunto,neoplatonico,pressol'insegnantediAstronomia,DomenicoMariaNovara,cheloavevainiziatoallostudiodell'astronomiaealleosservazioniastronomiche,osservazionichedatempomostravanocomequalcosaneivecchisisteminonfunzionasseadovere.IlSolevennepostoalcentrodelCosmoelaTerrafucondottaalrangodipianeta:deitrepostulaticheavevanoimpeditolosviluppodell'astronomia,quellogeocentricofuesplicitamenterimosso,ma,nonostantecosìvenisseimplicitamentenegataancheladicotomiagerarchicadell'Universo,ilprincipiodelmotocircolare,neuscìrafforzato.

Daunaparte,ilmotodellaTerraintornoalSoleavevaapertounnuovocampodiindagineperl'astronomia,graziealqualeKepleroscoprìleleggicheregolanoimotideipianeti.Dall'altraparte,lacosmologiacopernicanaerafondamentalmenteincompatibileconlafisicaaristotelica.Copernicononavevapropostounanuovafisicaequestocreavaunasituazionenuovaedinamica:tutticolorochevolevanoadottarelacosmologiacopernicanaeranocostrettiadabbandonarelafisicaaristotelicaeacercaredidefinirneunanuova,ilchespiegaancheledifficoltàincontratedalnuovosistemanelcorsodelCinqueeSeicento.FuGalileoacomprenderelagiustadirezione,avviandolacostruzionediunanuovafisica,grazieallaqualeillavorodiCopernicovenivaadassumereunsignificatoveramenterivoluzionario.

Soprattutto,nelcosmocopernicanovièunarelazionesempliceearmonicatral'ordinedeipianetieiloroperiodidirivoluzione:quantopiùunpianetaèlontanodalSoletantopiùlentamentepercorrelasuaorbitaincieloefuproprioquesta"armoniacosmica"cheriuscìadesprimerenella"terzaleggedeimotiplanetari".Nonostanteciò,ladiscussionetraiduesistemi,quellogeocentrico-geostaticoequelloeliocentrico,rimaseapertaperlungotempoenonsolopermotiviideologicioreligiosi,maproprioperunaimpossibilitàdidimostrarelasuperioritàdiunsistemarispettoall’altro,cheavevafunzionatopermoltisecoliconsentendoprevisioniepoggiandosisudiunafisicachenonsiriuscivaancoraamodificare.LostessoTychoBrahe,ilprimoastronomoaperfezionareglistrumentidegliantichieamiglioraredigranlungalaprecisionedelleosservazioni,

preferìoptareperunsistemaintermedioe,daunpuntodivistapuramentecinematico,piùpratico,chefupoiseguitoancheperlargapartedelSeicento,conlemodificheintrodottedalgesuitaGiovanBattistaRiccioli.LaTerravenivaconsiderataimmobilealcentrodell'UniversoconilSolecheleruotavaintorno,mentreMercurioeVenereruotavanointornoalSole.LeorbitediMarte,GioveeSaturnocomprendevano,infine,tuttiglialtripianeti,Terracompresa.Venivanounpo'rimescolatelegerarchie,mal'immobilitàdellaTerraelauniformitàdellacircolaritàdeimotieranoancorasalve.

LeggereilCielo


Introduzione

Gliinizi



Lenuoveosservazioni



Oggi

...edomani?

Letture

Lenuoveosservazioni

Incertaèl'originedell'invenzionedelcannocchiale,cheprobabilmenterisaleadambientiitalianidellafinedelCinquecento,mentreècertoilnomedicolui,GalileoGalilei,cheperprimo,tralafinedel1609el'iniziodel1610,compreselarealtàfisicadiciòchestavaosservandoincielo.

LaViaLatteafurisoltainmilionidistelle;gliapparveroglianellidiSaturnopurseancoraincomprensibiliesuppostiessereduesatelliti-eraridettaglidiquellachecredevaesserelasuperficiediGiove;lemisuredelleombresullaLunaglipermiserodistimarel'altezzadeimontilunari;masoprattuttoosservòlefasidiVenere,impossibilinelladescrizionetolemaicadelCosmo.Inoltre,conlascopertadeisatellitidiGiove,dimostròinmodoinequivocabilechenonesistevaununicocentrodelmotointuttol'Universo,comesostenevalafisicaaristotelica.Siachesipreferisselateoriaeliocentricaoquellageocentrica,vieraoramaievidenzadell'esistenzadialmenoduecentridirivoluzione:laTerra,attornoacuiruotalaLuna,eGiove,attornoacuiruotanoiquattrosatelliti,dallostessoGalileichiamati"stelleMedicee".Partitodasempliciipotesicinematiche,ilsistemadiCopernicostavadivenendounarealtàfisica,ma,nelfrattempo,stavaancheperessereampiamentesuperato.L'assiomadelmotocircolareuniformeerastatoabolito,leleggikeplerianedeimotiplanetariavevanoapertolaviaadunanuovacomprensionedeimotiapparentideipianeti,gliesperimentidiGalileosullacadutadeigraviavevanoportatoalla"leggediinerzia",quellisulletraiettoriedeiproiettili,sviluppatipoidaTorricelliedaCartesio,portaronoall'assiomacheilmotonaturaleavvieneperlinearettaenonècircolare:lafisicaaristotelicaècostrettaascomparire.

LareazionedellaChiesacattolicafuestremamentedura:impegnatainquelrafforzamentodottrinalecontrolariformaprotestantechepreseilnomediControriforma,nonpotevaaccettarealcuntipodiipotesichemettesseindiscussioneitestisacrielelorotradizionaliinterpretazioni.LascomunicaelacondannapereresiadiGiordanoBruno,ladiffidaepoiilprocessoaGalileo,costrettoadabiurare,screditaronoletesidiCopernico,chefuronosolennementecondannatequasinovant’annidopolaloropubblicazione.L'Italia,cheerastatalaculladellenuoveideeumanisteerinascimentaliedavevaprodottoedospitatogenerazionidistudiosi,scienziatieuominidicultura,subisceunarrestonellosvilupposcientifico,particolarmentedell'astronomiaedellafisica,chesulsuoterritorioerainvecestatoinprecedenzamoltointenso.Perquasiunsecologliscienziatifaticanoadesprimere,esoprattuttoadinsegnare,lanuovafisicaelanuovaastronomianateconCopernico,KepleroeGalileo,sull'ondadelrinnovamentoquattrocentesco.Unascuolainteradiartigianiespertinellaproduzionedistrumentiscientifici,traimigliorid'Europa,finiscerapidamenteenonriusciràpraticamentepiùariprendersi,lasciandocosìadaltrenazioniilprimato.Eproprioinaltrenazioni,principalmenteFranciaedInghilterra,proseguiràla

"rivoluzionescientifica",stimolataafavorirelacrescitadelleconoscenzescientifiche,ancheperl'interessedeisovraniimpegnatiinvasteespansionicoloniali,militariepolitiche.

Èquestounulterioreesempiochesipuòportareadimostrazionedelfattocheprotezionismointellettualeepretesadiguidaculturalenonfavorisconocertolosviluppodelpensieroecome,quindi,unostudiodellastoriadellascienzaseparatodaquellodellevicende"sociali"nellorocomplessofinisca,diconseguenza,peressereestremamentelimitato.

LeggereilCielo


Introduzione

Gliinizi



Lenuoveosservazioni



Oggi

...edomani?

Letture


Simultaneamenteeindipendentemente,lostudiodellaTerraequellodeicorpicelestistavanoprocedendoapassidagigante.KepleroeGalileoedilorodiscepolieseguaciavevanoanalizzatoenotatofattisenzacomprenderneafondolecauseesenzariuscireadunificarequestiduenuovicampidiindagine,maeranoriusciti,tuttavia,apreparareilterrenoperillavorodiNewton.

Nellaossessivaricercadiqueipiccolispostamentiapparentidellestellesullavoltaceleste,cheavrebbedovutoportarealladefinitivacomprensionedellarealtàdelsistemadelmondo,gliastronomisvilupparonograndementelelorotecniched'osservazione.InsiemeallaformulazionedellaleggedellaGravitazioneuniversalediNewton,talesviluppostrumentalesoprattuttol'applicazionedelmicrometroaicannocchialiel'utilizzodelpendolonellamisuradeltempo-portòallanascitadiunanuovadisciplina:la"meccanicaceleste",comevennechiamatadaLaplace,consistentenell'applicazionedelleleggidellameccanicauniversaleallostudiodeimotiedegliequilibrideicorpicelesti,iqualisubisconol'azionediforzedioriginegravitazionale.UnodeimaggiorimeritidiNewtonè,forse,diaverfornitoagliastronomilapossibilitàdidescrivereilCosmopermezzodileggiindipendentidall'ordinespiritualedelmondo.L'ultimoostacoloalprogressodellaastronomiaeracosìrimosso!L'Universononconsistevapiùdidueparti:lastessaleggegovernavalacadutadeicorpiterrestrieimotideicorpicelesti.Perlaprimavoltal'astronomiaavevaadisposizioneunostrumentoconilqualepoterdedurredallostatodiunsistemaadundeterminatoistanteilsuostatonegliistantiimmediatamentesuccessivi.PrimadiNewtonlascienzadeimoticelestiavevaadisposizionesolamentedelletavolenumerichelegateamodelligeometriciarbitrariedartificialioppurealeggiempirichecomequellediKeplero,ingradodidescriveresoloimoticomplessivi.

NelcorsodelSettecentoedellaprimametàdell'Ottocento,intutteleistituzioniastronomichefiorironoprogrammidiosservazioneilcuiscopoeradicontribuireallemisurediposizionidistelleepianeti.Lascopertadell'esistenzadell'aberrazioneannuadellalucedellestelledovutaallacombinazionedelmotodellaTerraintornoalSoleconlavelocitàfinitadellaluce-adoperadiBradley,nel1727,esubitoconfermatadaManfrediaBolognaavevafornitol'evidenzaosservativadelsistemaeliocentrico.Gliesperimentieffettuatinell'ultimodecenniodelSettecentoaBolognadaGiovanBattistaGuglielmini,sulladeviazionedallaverticaledeigraviincadutalibera,forniscono,invece,laprovafisicadellarotazionedellaTerraintornoalproprioasse.Ladeterminazione,adoperadiBesselall'iniziodell'Ottocento,dellaprimaparallassestellare-ilpiccolospostamentoapparentedellaposizionediunastellaosservatadaduepuntidiversidell'orbitaterrestre-costituìancheilprimosignificativopassoperconoscereledimensionidell'Universo.

Dallacostruzionedeiprimigranditelescopiaspecchio,allaraffinatezzameccanicadeicircolimeridiani,questoprogrammadi"misuradelCosmo"favoriscelosviluppodistrumenticompletamentenuovieditecnichediosservazionesemprepiùaccurate.InteriOsservatorivennerocostruiti,ilcuiprincipalescopoerapropriodi"misurare"leposizionidegliastri,realizzandoestesiatlanticelestiedesattetavoleastronomiche.Lanascitadellanuovatecnicafotografica,nellametàdelXIXsecolo,favorìiprogrammicheprevedevanolarealizzazionediunamappadettagliatadelcieloe,quindi,dituttol'Universoconosciuto.Lescopertedeinuovipianeti-Urano,adoperadiHerschelnel1781,eNettuno,adoperadiGalleeLeVerriernel1846-segnano,soprattuttoagliocchidell'opinionepubblicadeitempi,ilclamorosorisultatoacuieraingradodigiungerel'astronomiaconiugandolatecnicastrumentaleeosservativaconleleggidellameccanicaceleste.

ConlaRivoluzioneindustriale-iniziatainInghilterraallafinedelSettecentoebenprestodiffusasiinEuropaenegliStatiUniti,durantetuttol'Ottocentoeconilnuovoordinesocialeedeconomicochestavasorgendo,lescienzedivennerobenprestolabasedellosviluppotecnologicoelanuovaborghesiaassistetteallorosviluppo,convintacheilprogressotecnicoelostudiodellanaturafosseronecessariamentebuoniebenèficiperipropriinteressi.Losviluppodell'astronomiadimostròchel'utilitàpraticanoneral'unicomotivodiinteressenellescienze:dopolamatematica,fupropriol'astronomiaadessereconsideratacomeilpiùragguardevolecampodiricerca,inquantoscienzaprepostaallostudiodeimeccanismichegovernanolanatura.

LeggereilCielo


Home

Introduzione

Gliinizi



Lenuoveosservazioni



Oggi

...edomani?

Letture


"Avendooscuratalamiastanzaepraticatounpiccoloforonegliscuridellafinestra,perlasciarfiltrareunaquantitàconvenientedilucesolare,posiilmioprismainmododapotervedererifrattalalucesull’oppostaparete.Fuall'iniziounveropiacereilvedereicoloriintensievividiprodottidaquello."Cosìcomeavevacontribuitoallanascitadellameccanicaceleste,Newtonsipuòconsiderare,conisuoiesperimentisullanaturadellaluce,anchel'iniziatoredella"fisicastellare",pursequestadisciplinadovràattenderealmenounsecolopersvilupparsi.Finoall'iniziodell'Ottocento,infatti,l'astronomiasieradedicataquasiinteramentealladescrizionedeimotideicorpicelestieall'indaginesullecausediquestimoti,mentreriguardoallacomposizionechimicadellestelleeallelorocondizionifisicheeracostrettaadaccontentarsidisemplicisupposizioni,essendobensaldal’ideachesarebbestatoimpossibileconoscerle,essendoimpossibile"andarefinlìeosservarledavicino".

Numerosiscienziati,tuttavia,comeÅngström,FoucaulteStokessiaccorserocheunacoppiadirigheosservate,sindal1817,daFraunhofernellospettrodelSole-unadelleprimeapplicazionidellospettrografo-coincidevanoinlunghezzad'ondaconun'identicacoppiadirigheosservateinlaboratorionellospettrodelsodio.IlpiccolopassocheseparavadalcomprenderecheilSolecontienerealmentedelsodiofucompiutoimmediatamente.FupoiKirchhoffafondarelebasidell'analisichimicadeicorpimediantelaspettroscopia:dopoavermisuratolelunghezzed'ondadimigliaiadirighenellospettrosolare,eglisiaccorsecheunagranquantitàdiquelleeranodovuteaelementicomel'idrogeno,ilsodio,ilmagnesioeilcalcio.Versolametàdell'Ottocentocrebbel'interesseversolestrutturedelSole,inparticolareversolasuaatmosferaesterna,lacromosferaelacorona,visibilisoloduranteleeclissitotali,enel1868furonoottenutidaJansseniprimispettridellacromosferaduranteun'eclissi.Unnuovoelementovenneprimaosservatonellospettrosolare,dacuiilnome"elio",esolodoposullaTerra.Allafinedelsecolo,medianteleleggichedescrivonol'emissionedellaradiazione,espressedaKirchhoff,BoltzmanneWien,siottenneunastimaragionevoledellatemperaturadellasuperficiesolare,circa6000gradikelvin.Doponumeroseipotesi,anchestravaganti,siriuscìmoltolentamenteacomprenderel'originedell'energiaemessadalSoleelasuarelazioneconglialtricorpidelSistemasolare,compresiiprimitentativididareunaspiegazioneall'originedellavitaeallasuapossibilitàdiesistenzaancheinaltridegli"infinitimondi"preconizzatidaGiordanoBruno,temaancoraoggidigrandeattualitàeoggettodinumerosericerche.L'applicazionedeglistudispettroscopiciall'astronomianonfulimitatasoloallostudiodelSole,maancheallestellepiùbrillanti,riconoscendovilapresenzadielementisimiliaquellichevenivanotrovatisulSoleesullaTerra,edandoorigine,così,

aifondamentidellaclassificazionestellare,strumentochesiriveleràindispensabileperglistudisull'evoluzionedeglioggetticelesti.Fu,così,l'astronomiaadareunsostanzialecontributoallafisicaeallachimicaedilegamitraquestidisciplinedivenneroallorasemprepiùstretti:sipuòquindiaragionecominciareaparlaredi"astronomiafisica"o"astrofisica".

Ancheinquestocaso,glisviluppidell'astronomiapossonocontribuireadunostudiodialcunicapitolidellafisicaedellachimicasecondounpercorsoscolasticooriginale.L'analisidelcamminostoricocheavevafavoritoqueglisviluppi,mostrandoaglistudentiledifficoltàchequeiricercatoridovetterorisolvereeledomandechelenuoveconoscenzepresentavanocostantemente,puòsicuramenteconsentireunamigliorecomprensionedelleleggidellafisicaedellachimicascaturitedallestrettissimerelazionitraquestedisciplineel'indagineastronomica.

Comel'aumentataprecisionedeglistrumentiedelletecniched'osservazioneavevaconsentitodiiniziareacostruireiprimiscalinidiquellascaladelledistanzecheporteràgliastronomiall'osservazionedeipiùlontanioggettidell'Universoeall'intuizione,quindi,dellesuedimensioni,cosìlanuovatecnicaspettroscopicaconsentiràdistudiarelastrutturafisicaelacomposizionechimicadeicorpicelestifinoallacomprensionedellaloronatura,dellaloroevoluzioneedell'evoluzionedell'Universotutto.Unruoloimportanteneiprimipassidiquestanuovadisciplinavennesvoltodaastronomiitaliani:inparticolareGiovanBattistaDonati,LorenzoRespighi,AngeloSecchi,PietroTacchini.IlorostudielaSocietàdegliSpettroscopistiItaliani-fondatanel1871dagliultimidue(poidivenutaSocietàAstronomicaItaliana)elecuiMemoriecostituisconolaprimarivistaalmondointeramentededicataaglistudiastronomicispettroscopicie,quindi,astrofisici-contribuironoaportarel'astronomiaitalianaaiverticidellaricercainternazionale.

Lacertezzadipoterdisporreditecnicheosservativeediipotesifisicheperpoterfinalmenteindagareiconfinipiùlontanidell'Universoecomprendernel'origineel'evoluzionefavorirono,all'iniziodelNovecento,unenormesviluppodell'astronomia,ancheneiconfrontidell'immaginecheessafinivaperavereagliocchideinonspecialisti.Lacostruzionedeigranditelescopiriflettori,losviluppodellafotografiaedellenuovetecnicheelettroniche,lanascitadellaradioastronomiaeleprimeosservazionialdifuoridallanostraatmosferaconsentirannoagliastronomidiproseguireinquell'opera,iniziatadagliantichifilosofinaturaligreci,di"salvareifatti",inquadrandolenuoveosservazioninellenuoveteoriefisiche-daPlanckadEinsteineallealtresuccessive-edaquestetraendonuovistimolipersempremiglioristrumenticheconsentisserosemprepiùaccurateosservazioni.

L'osservazionedeglispettridelle"nebulose"elalorocorrettainterpretazionealterminediquellocheèpassatoallastoriacome"ilgrandedibattito"avvenutoagliinizidelNovecento,dimostròunaestensionedell'Universoosservatoaldilàdiognilimiteanchesoloimmaginabilepochidecenniprima.Lascopertadellapresenzadiunospostamentoversoilrossonellerighespettralidellegalassieconsentìdimisurarnelavelocitàdiallontanamentodanoi:propriocomel'abbassamentoditonodelfischiodiuntrenorivelachequestosistaallontanando,così,perlostessoeffettoDoppler,lospostamentoversoilrossodellerighespettralidimostracheunoggettocelestesistaallontanandodanoi.L'Universononerapiùunoggettoimmobile,eternoedimmutabile,bensìqualcosaditremendamentedinamico,elaTerra,cheafaticaAristoteleeTolomeoelaCongregazionedell'IndiceavevanocercatodimantenereimmobilealcentrodelCreatoecheconaltrettantafaticaCopernico,Galileo,Keplero,NewtonetantialtriavevanocercatodirimuoveredalcentrodelSistemasolare,oravenivasemprepiùspostataaimarginidiunagalassia,lanostraViaLattea,non

particolarmentesignificativa,nécomecomposizionenécomeposizione,rispettoallealtregalassiechesivedevanocostituirel'Universoosservato.Lastessadifferenzatraiconcettidi"universoosservato","universoosservabile"e"universononosservabile",oltreallapossibilitàteoricadi"altriuniversi"eallacomprensionechel'osservazionedell'universolontanocispostavanonsolonellospazio,maancheneltempo,introducevaenonsolotraglispecialistiunadifferenteconcezionedell’uomoedelsuopostonellanatura.Benchéosservativamente,eancherazionalmente,oramaidaunpaiodisecolisirifuggissesemprepiùdall'antropocentrismo,tuttavia,questeideenonsonomaistaterimossedeltuttodallamenteumana,che,evidentemente,sirifiutadipensarsi"insignificante"inunpianeta"insignificante",intornoadunastella"insignificante",inunagalassia"insignificante"eforseancheinununiverso"insignificante"!Sonocosìrinate,negliultimitempi,ideecosmologiche,basatesuipotesifisicheenonpiùsusillogismiaristotelici,che,inqualchemodotenderebberoariportarel'UomoalcentrodelCosmo,inunavisionepiùomenofinalistadellasuacreazione.Maquestofaparteoramaidellacosmologiamodernaecometaleverràtrattatoinaltrepartidiquestocorso.Quisiaconsentitosolol'accennoacomeanchesolounrapidopercorsostoricodelleideecosmologichepuòconsentiredifarrisaltarenelpensieroumano,aldilàdellecertezzedellescopertescientifiche,unaterribileinsicurezzariguardoalproprioruolonell'universoedunainsoddisfazioneperenneatuttiitentativididaredellerispostealleantichedomande:"chisiamo?","dovesiamo?"e,soprattutto,"perchécisiamo?".

LeggereilCielo


Introduzione

Gliinizi



Lenuoveosservazioni



Oggi

...edomani?

Letture

Oggi

Lamancanzadispazio,cuisiaccennavaall'iniziononconsentediarrivareadelineareilpercorsostoricodell'astronomiadiquestiultimidecenni,senonpersottolineare,daunaparte,l'importanzachehannosemprepiùlenuovetecnologie,checonsentonolarealizzazioneditelescopieradiotelescopidigrandidimensioni,disatellitiperl'osservazionefuoridallanostraatmosferaeindifferentiregionidellospettroelettromagnetico,disondeperl'esplorazionedelSistemasolare,distrumentidicalcolosemprepiùpotentievelocieinistantaneacomunicazione;dall'altraparte,lerelazionisemprepiùstrettetral'astronomiaelafisicaatomicaenucleare,checonsideranol'universocomel'ambienteidealeper"realizzareesperimenti"conenergieetempi-scalaimpensabilisullaTerra,aifinidimigliorarelaconoscenzadeiprocessidiproduzionedell'energiaedellepossibilitàdicontrolloascopipratici.

Nonostantel'astronomia,comesidiceva,abbiafattopassidagigantenelXXsecolo,tuttavia,iproblemicheoggisitrovaadoveraffrontaresonoancoraestremamentevastieassolutamentenondisecondoordine.Comesiscoprìl'espansionedell'Universoosservandolospostamentoversoilrossodellaradiazioneemessadallegalassie,aprendocosìlastradaallaformulazionedellateoriadelBigBang,lacuiprimaverificasperimentalesiebbeosservandolaradiazionedifondoamicroonde,cosìoggigranpartedellaricercaastronomicaèrivoltaarispondereadalcuneimportantidomanderiguardoalladefinitivacomprensionedell'Universo:

perchélaradiazionedifondoèapparentementecosìuniforme?quantamateriaèpresentenell'Universo,dovesitrovaedichecosaèfattaecomesipuòscoprirequel90percentodi"massamancante"previstateoricamente?quandosisonoformatelegalassieecome,dalmomentocheaoltre10miliardidiannilucesisonoscopertecentinaiadiquasar,mentreaquelladistanzasidovrebberotrovarepochegalassie,impiegandoquestenumerosimiliardidianniperformarsi?qualèl'etàdell'Universo:13miliardidianni,comehannodedottoicosmologiestrapolandoaritrosolavelocitàdiespansioneooltre15miliardidianni,comesembraderivaredallostudiodellestellepiùvecchiechesiriesconoadosservarenegliammassiglobulari?

Cercaredirispondereaiquesitilasciatiancoraapertidallaricercaastronomica(soloalcunideiqualisonostatiricordati)ebilanciarecorrettamentetuttigliaspettilegatiallosviluppotecnologico,allecollaborazioniinternazionaliealreperimentodellerisorseeconomichenecessarienonèfacileesaràquestounodeiproblemiprincipalidelmillenniochestaperiniziare.Ilmillenniochesiconcludendo-inparticolare,l'ultimosecolo-avendogiàdatoilsuocontributonell'ampliare enormemente la conoscenza del nostro Universo.�

LeggereilCielo


Introduzione

Gliinizi



Lenuoveosservazioni



Oggi

...edomani?

Letture

...edomani?

Nonostanteglienormisviluppidellaconoscenza,nonsoloastronomica,che,moltorapidamenteesinteticamente,abbiamopercorsoinquestepagine,sideve,tuttavia,riconoscerecome,propriosulterminarediquestomillennio,lascienzaabbiapersolasuabattaglianeiconfrontidell'immaginechehadiessailgrandepubblico.Allafinedell'Ottocento,comesièvisto,lagentesirivolgevaallascienzaconatteggiamentofiducioso,nellasperanzachesolodallascienzapotessevenireunmondonuovoemigliore,nelqualel'umanitàvenissesottrattaallamiseria,allesopraffazioni,allaguerra:proporrelastoriadellascienzaedisuoisuccessialpubblicoedivulgarneicontenutiera,diconseguenza,un'impresaeducativaemorale.Unatteggiamentochederivavagiàdalleideeilluministedelsecoloprecedente.D'AlembertavevaespressoproprioquesticoncettisindalDiscourspréliminaireal'Encyclopédie,sostenendocomelastoriadellascienzaedellatecnicaservaegregiamentead"illustrarelamarciadellospiritoumanodalletenebreoriginariedellacredulitàedellasuperstizionefinoalregnoradiosodellaragione".

Leduegrandiguerredellaprimametàdiquestosecolo,lenumerosealtre,piccole,manonmenodistruttive,chesisonosusseguiteechesisvolgonotuttora,l'incubodella"bomba",iproblemidell'inquinamentonellenazioniinfasedisviluppo,lafameneipaesisottosviluppatietantealtremiserieesopraffazioniancorainattohannofinitoperfardimenticarecometuttoquestosarebbestatosenz'altropeggioresenzaleenormiconquistescientificheesenzalosviluppotecnologicocheneèderivato.Anzi,sembraquasichelacolpaprincipaledituttoquestosiadaattribuirsiproprioallatecnologiaeallasuamadre,lascienza.Nonsivuolecertosostenerelacompletainnocenzadellascienzaedegliscienziati,manell'immaginariocollettivooramai,dopolaperditadellafiduciaottocentesca,ècomestataespressaunacondannadipienacolpevolezza.

Ledifficoltà,inoltre,insitenellacomprensionedilargapartedellatecnologiachecicirconda,celafannoapparirecomeammantatadimistero:ètantomisteriosal'accensionedellalucequandositornaacasaquantovedereintelevisionelatrasmissioneindirettadiunavvenimentolontano.Tuttoquesto,unitoallagrandequantitàdiproblemidituttiitipinonancorarisolti,hafattoperderecompletamentelafiduciainunmondo"nuovoemigliore","regnoradiosodellaragione".Eccoalloracome,difrontealmondoincognitoeimprevistocheciattende,l'uomosirivolgeaimiti,propriocomeerasuccessomillenniorsono,all'albadellaciviltà.Mitichenonsonopiùquellodell'eroeingradodicombattereildragoodelsantocherifuggedallemilletentazionideldemonioeche,perlelorogestaumane,assurgevanonelcielodellecostellazionioinquellodell'Empireo,mamiti,invece,chepretendonodifararrivaredall'esternoall'uomostessounfuturomiglioreelasalvezzadallemiseriedituttiigiorni:dagliextraterresti,dalparanormale,danuoveforme

enuovimodidicredenzereligiose,danuoviriti,dallanewage.Eintuttoquestononc'èpiùpostoperlascienzaeneancheperlaconoscenzainsensogenerale.Insiemealrifiorire,quindi,diformediintegralismoedifondamentalismo,chefornisconomaggioresicurezzaperl'ansiaedilpanicocheciassalgono,c'èilrischiodicrearenuovamentedeigruppichiusi,delle"caste",dovesipossonoradunareipochiadeptiancoraingradodiparlarecriticamentediscienzaediportareavanti,nelchiusodeiloro"misteriosi"centridiricerca,glisviluppidellatecnologia.Nelfrattempoilrestodellagente"comune"dimenticalatavolapitagorica.Vieneinmenteunvecchioraccontodifantascienza,nelqualevenivavistoconmoltosospettounpersonaggiocheeraingradodirisolveresomme,sottrazioniepersinomoltiplicazioniedivisioni,conilsolousodicartaematita.

Sonoquestiimotiviperiqualisostenevamoessersipersa,oggi,labattagliaperladiffusionedellascienza.Rimanelasperanzachenonsisiapersalaguerraetalesperanzanonpuòchefondarsisuquellesedi,quelleistituzioniequellepersonechesonopreposte,percompitoevocazione,all'illustrazionedellaconoscenza:lascuolaegliinsegnanti.Èlìchepuòessereancoravintaquestaguerra,senzatentaredicreareilmitodellascienzaingradodirisolveretuttiiproblemi,macercandodiprodurreculturae,soprattutto,fornirestrumenticriticineiconfrontidiquellastessacultura.Importantequantolaconoscenzadellascienzaèlaconoscenzadelmetodocriticochehaportatoalprogressoscientifico.Lastoriadell'umanità,dicuilascienzanonècheunaparteel'astronomiaunapiùpiccolaancora,hainsegnatocheèsolocosìchesipuòprocedereversounmondo"nuovo"esequestomondosaràanchemiglioredipenderàquindisolodalnostroimpegnodioggi.

LeggereilCielo


Introduzione

Gliinizi



Lenuoveosservazioni



Oggi

...edomani?

Letture

Letture

AA.VV.,Storiadellescienze.Vol.I:Glistrumenti,Vol.II:FisicaeAstronomia,Einaudi,Torino,1991,1992;

C.A.Böhm,Lechiavidelcosmo:Storiadell'astronomiadallameccanicacelestealBigBang,Muzzio,Padova,1989;

B.Farrington,Scienzaepoliticanelmondoantico,Feltrinelli,Milano,1982;

F.Francescato,Lescopertedell'astronomia:cronologiaeprotagonisti,Muzzio,Padova,1998;

G.C.Garfagnini,Cosmologiemedievali,Loescher,Torino,1978;

A.Köstler,Isonnambuli.Storiadelleconcezionidell’Universo,JacaBook,Milano,1990;

F.F.Repellini,Cosmologiegreche,Loescher,Torino,1980;

G.Romano,IMayaeilcielo:astronomia,cosmologiaematematicamaya,CLEUP,Padova,1999;

S.Sambursky,IlmondofisicodeiGreci,Feltrinelli,Milano,1973;

G.Schiaparelli,ScrittisullastoriadellaAstronomiaantica(3voll.),Mimesis,Milano1997(ristampaanastaticadell'edizioneZanichelli1925);

W.H.Jr.Stiebing,Antichiastronauti.DallepilediBabiloniaallepistediNazca,Avverbi,Roma,1998;

J-P.Verdet,Storiadell'Astronomia,Longanesi,Milano,1995;

C.Walker,L'astronomiaprimadeltelescopio,Dedalo,Bari,1997.

LeggereilCielo

Breveeparzialestoriadeltempo.

Daunacosmogoniaatemporaleall'universoinespansione

AnnibaleD'ErcolePrologo

Iltempodegliantichi...

...equellodeimoderni

Iltempodeinaturalisti...

...equellodeifisici

Dalnucleodell'atomoall'abissodeltempo

L'evoluzionecosmicael'iniziodeltempo

Epilogo

Letture

Prologo

"L'intuizioneelarappresentazionedellamodalitàsecondolaqualeisingolieventisisusseguono...;intuizioneperaltrocondizionatadafattoriambientali...epsicologici...ediversificatastoricamentedaculturaacultura",cosÌèdefinitoiltemponeldizionarioTreccani;maanche"Successionediistanti...capacediesseresuddivisa,misurataedistinta...;èingenereinquestaaccezione...chevieneconsideratoiltempoinfisica".Due"tempi"sembranodunquesussistere,quellodellafisica(dettoancheobiettivo,oreale)equellodellapsicologia(dettoanchesoggettivo,ofenomenico).Sipresupponeingenerechesoltantoiltempodellafisicasiareale,echeiltemposoggettivosiauna"bruttacopia"diquellooggettivo:comelapercezionedelcaloreèrelativaelatemperatura"vera"èdatadaltermometro,cosìgliintervallitemporali"veri"sonoquellimisuratidall'orologio.Inrealtànessunosacosasiailtempo.Alcuniloritengonounfattodinatura,conilsoggettoimmobilespettatorediundivenireesternoreale;altriconsideranoiltempounfattodellospirito,tramiteilqualeilsoggettoesploraunmondosostanzialmenteimmobile.Conunacertadosediironia,ilfilosofoingleseBerkeley(1685-1753)affermòche"tempo,luogoemoto,presiinparticolareenelconcretosonociòcheognunosa,madopoesserepassatiperlemanidiunmetafisicodivengonotroppoastrattiesottiliperesserecompresidauominidisensocomune".D'altraparteneancheiltempodeifisicièesentedacontraddizioni.Siritienechelafrecciadeltempopuntinelladirezioneindicatadaiprocessiirreversibilicheintroduconomaggiordisordine,comel'evaporazionedelprofumocheabbandonaspontaneamentelaboccettachelocontienesenzafarvipiùritorno.Nonviètuttaviaaccordosulleoriginiditaleirreversibilitànésullecauseche,inapparentecontraddizioneconlafrecciatemporale,permettonolaformazionespontaneadistrutturesemprepiùcomplesse-edunquepiùordinate-quali,adesempio,gliorganismiviventi.

Noinontratteremodirettamentenédeltempodeifisicinédiquellodeifilosofi,madellaconcezionechedeltempoebberogliuomininelcorsodeimillenni.Taleconcezione,lungidall'essereuncontenitoreinertedelleazioniumane,influenzòquesteazioni,edesse,diriflesso,modificaronolapercezionedeltempoinuncontinuointerscambiocheportòl'uomo,nelcorsodellasuastoria,atrasformarelasuavisionedellanaturadauncosmociclicoedimmutabileadunmondoincontinuaevoluzione.

LeggereilCielo







...equellodeifisici



Epilogo

Letture


NeIlmitodell'eternoritornol'antropologoestoricodellereligioniromenoMirceaEliadehasostenutoche,nellavitadelgenereumano,ipopolisiribellanocontrolanozionestoricaditempoesisonoaggrappatiperlopiùall'ideadelciclotemporale,nelqualeilpassatoèfuturo,nonesisteunaverastoria,el'umanitàsidisponearinascereearigenerarsi.Sipuòcercaresollievoaltempostoricocompiendoritireligiosi,comelaripetizionedifrasiogestichericreanosimbolicamenteglieventioriginari.Fuoridall'Occidente,Cinesi,Indiani,Buddistieciviltàmesoamericane,tutticonsideranountempochesirinnovaperiodicamente.InOccidente,nonc'èdubbiocheilmitoegizianodiOsiride,simbolodelsolenascente,fattoapezzidalfratelloSetheresuscitatoperoperadiIsidesuasposa,siaispiratoalleinondazionidelNilocherivitalizzavanociclicamenteilterreno.InOsiridesiidentificavailfaraone,chesiassicuravacosìl'immortalità.

AnchelaMesopotamiavenivainondatadalTigriedall'Eufrate,masitrattava,inquestocaso,dieventidisastrosiederratici.Perpoterprevedereedavereunqualchecontrollosuglieventiavversi,iBabilonesirivolserol'attenzionealcielo.Ilmotoperiodicodeicorpicelestitestimoniavainfattidiunordinecosmicorassicuranteacuifareriferimento.Adognieventoastronomicovenneassociataunacontroparteterrena,dandooriginecosìall'astrologia.

Nonèpossibile,nell'anticaGrecia,isolareun'unicaconcezionedeltempo.Laciviltàgrecavidenascereiprimifilosofi,moltideiqualiportatoridiunavisionepersonaledeltempo.Eraclito,sullabasedeicontinuimutamentidelmondocircostante,ritenevailtempoessenzialenelregolareilperennecambiamentoderivantedall'antagonismodeglioppostiqualifreddoecaldo,seccoeumido,ecoslvia.ParmenideePlatone(427-347a.C.),alcontrario,sottolinearonol'inconsistenzadeltempo,un'illusionederivantedalmutevolemondodell'apparenzacontrappostoallarealtàrivelatadallaragione,fissaeatemporale.ZenonediElea,undiscepolodiParmenide,architettòdiversiparadossi,tracuiquelloceleberrimodiAchilleelatartaruga,perevidenziarelecontraddizioniacuisivaincontronell'attribuirerealtàaltempo.PerAristotele(384-322a.C.)iltempoèidentificatodalprocessodinumerazionedeglieventiassociatoallanostrapercezionedelprimaedeldopo.Rimaneapertoilproblemadellarealtàdeltemponelcasononvisiaunsoggettoapercepirlo(suquestotemadell'autoconsapevolezzaAristotelesembraaveranticipatodioltreduemilaanniimodernipsicologi).

AnchenellaRomadelIIeIIIsecolod.C.coesistonodiverseconcezionideltempoderivantidalfioriredinuovereligioni.GliStoici,adesempio,ritenevanoche,unavoltacheLuna,stelleepianetiavesseroripresosullasferacelestelastessaposizionerelativainiziale,lastoriasisarebberipetuta,

sarebberorinatiglistessiuomini,costruitelestessecittà,ecc.Maaprevalerefuinfinelaconcezioneebraico-cristianadiunastoriaconunadirezione,voltaadunfine,lastoriadellasalvezzaedelcompimentodeldisegnodivino.QuestaconcezionelinearedellastoriaeradestinataarivoluzionarelapercezionedeltempoelavisionedelmondoinOccidente.Tuttaviatalerivoluzionesisarebbecompiutapienamentesolodopomoltisecoli.Nellavitaquotidianavigevainveceunacertaindifferenzaversoilconcettoditempooriginataessenzialmentedall'incapacitàdimisurarlo.InfattiimetodipraticiperlamisurazionedeltempoeranoancoraquelliereditatidagliEgiziani,enoncambiaronofinoallafinedelXIIIsecolo.Gliegizianicalibravanoiquadrantidellemeridianecondodicisuddivisioniineguali,inmododacompensareladiversalunghezzadell'ombradellognomone(lastadellameridiana)inperiodidiversidellagiornata.L'intervallodiurnoeradunquesuddivisoindodiciore,edaltredodicicoprivanol'arcodellanotte.Pertantolalunghezzadelleoredelgiornoedellanottedifferivanotraloroevariavanodurantel'anno.IRomaninonavevanodimestichezzanéinteresseversolamisurazionedelleore.LaprimameridianapubblicaarrivòaRomadaCatanianel264a.C.esegnòperoltreunsecololorasbagliata,giacchéiRomaniignoravanolanecessitàdicorrezioniditaraturadipendentidallalatitudine.Leorenotturnevenivanomisuratemedianteorologiadacqua,incuiillivellodelliquidovariavauniformementeperriempimentoosvuotamento.Soloinpochicasi,quali,adesempio,loscandiredeiturnidiguardia,questiorologivenivanoincontroadesigenzereali;perilrestoessirappresentavanounacuriosità,unostatussymboladappannaggiodeipiùricchi.Contrariamenteallemeridiane,gliorologiadacquaavrebberopotutopermettereagliantichidimisurareoresempreugualichescandisconoilpassaggiodiuntempouniforme.Maquestononaccadde.Alcontrario,gliorologiadacquarecavanosegnidicalibrazionedistanziatiinmododisegualepersimulareiltempoverodellemeridiane.ItempinoneranomaturiperastrarreiltempodallarealtàdelpassaggiogiornalierodelSole.Questostatodicoseebbetermineallafinedel1200,grazieadun'invenzionedestinataasovvertireprofondamentesialavitaquotidianaesociale,sialavisionedelmondodell'uomooccidentale.

LeggereilCielo







...equellodeifisici



Epilogo

Letture


Parechel'orologiomeccanicosiastatoinventatoallafinedelXIIIsecolo,manonsappiamodove,nédachi.Ètuttaviaragionevolecrederecheessosiastatorealizzatoall'internodiqualchemonastero,perchéinqueltempogliuominidichiesaeranogliuniciadavereunrealeinteressenellamisuradeltempo,dovendoscandirelagiornatainfasidipreghieraedilavoro.Inoltre,soloneimonasterieraallorapossibiletrovarepersoneculturalmenteingradodipervenireallacostruzionediunoggettodicoslaltocontenutotecnologico.

Iprimiorologinonavevanolancetteesegnalavanol'oratramiteirintocchidiunacampana.Gliorologieranopostiincimaadunatorresiapermotividiingombrocheperavereunospaziosufficientelungocuifarscendereilpesochecomunicavailmotoairuotismi.Mancavanolelancetteel'oraeraannunciatatramiteirintocchidiunacampana.L'erroredi15minutialgiornoeradecisamenteelevatopergliattualistandard,maassolutamenteinessenzialeperiritmidellavitaquotidianadiallora.NelSeicento,tuttavia,siottenneunbalzonellaprecisionepassandoadunerroredi10secondigrazieall'applicazionedelpendolo,ilcuiisocronismoerastatoscopertodaGalileo(1564-1642).

LadiffusionedegliorologipubbliciinEuropaoccidentalefualquantorapidaeportòall'adozionediun'orauniformedi60minutidicuisiavvalseroprincipalmenteleindustrie,adottandolacomeunitàditempolavorativo.Glioperainellefabbricheediprofessorinellescuole,cosìcomemoltiprofessionisti,cominciaronoadandareallavoroinorariprecisi.Saperel'oradivenneun'esigenzasemprepiùstringenteedincentivòlaproduzionediorologitrasportabilidapotermettereincasa.Conl'introduzionedellamollacomeforzaditrascinamentosigiunse,giànelCinquecento,allarealizzazionediorologisufficientementepiccolidapoteressereportatiinunatasca.SidovetteperòattenderelafinedellaIguerramondialeperassisterealladiffusionedell'orologiodapolso.Gliuominiritenevanoinfattipocovirileadornareilpropriobraccio,siapureconunostrumentotecnologico.Maperesigenzebellicheepratichel'esercitodegliStatiUnitidotòisuoisoldatidiorologidapolso,eiltabùvenneinfranto.

Siègiunticosìall'attualeasservimentoneiconfrontidell'orologio.Misurareiltempochepassaèun'ossessionechepervadeogniattivitàumana,edancheirecordpiùottusiassurgonoadignitàsportivaquandorealizzatiincompetizioneconilcronometro(maggiornumerodisalsiccemangiateinunminuto,eamenitàdelgenere).Laricercadiunamisurasemprepiùprecisadeltempoapparequasimaniacale,maèinrealtàresanecessariadall'utilizzodelleattualitecnologie(lemodalitàdifunzionamentodeicalcolatorisivalutanosullascaladeimiliardesimidisecondo).Grazieagliorologiatomicisiamooggigiuntiamisurareiltempoconunerroredi1secondointremilionidi

anni.Unaprecisionedavverostraordinariapermisurarequalcosachepermetàdeifilosofinonesiste!

Mapiùcheiriflessinellavitaquotidianaesociale,anoiinteressacapirequaleful'impattodell'orologiomeccaniconellavisionescientificadelmondo.Ineffettiessosvincolòiltempodalciclicoalternarsideigiorniedellestagioni,econtribuìinmanieraessenzialeallapercezionedapartedelluomodiuntempolineareeduniforme.Fugrazieall'orologiocheIsaacNewton(1642-1725)potéscrivereneiPrincipiaMathematicaPhilosophiaeNaturalis:"Iltempo,persuanatura,scorreuniformemente,senzaalcunarelazioneconl'esterno".L'utilizzodiorologinellostudiodeimoticelesti,eilsuccessodellafisicanewtoniananelprevederequestimoti,generaronol'ideameccanicisticacheilcosmostessofosseassimilabileadungrandeorologioicuimovimentipotevanoessereprevisti,unavoltadatalacaricainiziale.ANapoleonecheglichiedevachefineavessefattoDio,ilfisicoematematicoPierreSimonLaplace(1749-1827)risposechesitrattavadi"un'ipotesinonnecessaria".Lostudiodellecause,edellosviluppotemporaledeglieffettidaessegenerati,portòluomoavolgerelosguardoalsuopassatoedadinterrogarsisulleproprieoriginiesuquelledelpianetasucuivive.Daunacosmogoniastaticaeatemporalesigiunseall'attualeconcettodievoluzione.Mailpercorsocompiutononsemprefulineare,evecchipregiudizicontrastarononuoveintuizionirendendolaboriosalintroduzionediunpassatoediunfuturonellastoriadell'uomoedell'universo.Valelapenaconsiderarepiùdavicinoquestopercorso.

LeggereilCielo







...equellodeifisici



Epilogo

Letture


Ladomanda"quantoèvecchialaTerra?",cheanoiappareoggicoslnaturale,nonvennepresainconsiderazionedanessunadelleciviltàdelpassato,daiBabilonesiagliEgiziani,aiGrecieaiRomani.IGreci,adesempio,eranobenconscicheglieventinaturalisioriginavanodameccanismifisicienondamiti(sipensiall'atomismodiDemocritoeLeucippo);essiavevanoanchenotatochelaformadellecosteandavacontinuamentecambiandoadoperadell'incessanteerosionedelleonde.Maquesteosservazioniebberoscarsoimpatto.L'uomodelpassato,pienamenteimmersoinunanaturachesirinnovaregolarmente,rimaselegatoallaconcezionediuntempociclicoincuituttovenivaperiodicamenteriproposto.Chiedersiqualefossel'etàdellaTerraall'internodiunciclodestinatoaripetersiineternorappresentavaunacuriositàprivadirealeinteresse,equestospiegalasostanzialeindifferenzadegliantichiperquestoquesito.Inquestoclimaculturaleifossilimariniritrovatisullependicidellemontagnevenneroingenereconsideratistranezzediscarsointeresse.Anassimandro,PitagoraedErodotoinGrecia,esuccessivamenteLeonardodaVinci(1452-1519),avevanocorrettamentededottochequellemontagneinpassatodovevanotrovarsisottacqua.Masitrattavadivociisolate,epertuttoilMedioevocircolaronofantasioseinterpretazioniriguardotalifossili.AlcunicredevanochefosseroprototipidifettosidiorganismicheilCreatoreavevarinunciatoaportareinvita.AltripensavanocherappresentasseroilvanotentativodiSatanadiemularel'azionecreatricediDio.Altriancoraritenevanocheifossilifosserostatitrascinatisullemontagnedall'azionedelDiluvioUniversale.Ancoranel'700unpersonaggiocomeVoltaire(1694-1778)potevaintuttaserietàavanzarel'ipotesicheifossilifosserostatimessiabellapostadaqualcuno.

Finalmente,nelXVIIsecolo,grazieancheallarecenteinvenzionedelmicroscopio,fupossibilespiegarecomelasostanzaorganicainunfossilepossaesserelentamenterimpiazzatadasostanzeinorganiche.Lamineralizzazionedirepertiorganicimostravacheleroccenoneranosemprestatesolide,mainpassatodovevanoavereavutolaconsistenzadellamelmaperpotersiinfiltrareall'internodeglischeletrianimali.Questamelmatrasportatadallecorrentimarinesiaccumulainstratiorizzontaliesolidificainroccesedimentarieacausadellapressione.Stratirocciosidiversi,contenentiognunofossilispecifici,hannodunqueetàdiverse,ilsuccessivoessendopiùgiovanedelprecedente.Leetàimplicate,benchénonquantificabili,dovevanocertamenteesseresuperioriaquellechepotevanodedursidallaBibbia.Basandosiinfattisullagenealogiadeipersonaggibiblici,diversistudiosi(LuteroeNewton,traglialtri)fissaronolanascitadellaTerraintornoal4000a.C.Iseimilaanniresicosìdisponibilieranodecisamentepochi.Siricorsepertantoallateoriadelcatastrofismoconcuisiipotizzavanounaseriedicataclismialivelloplanetarioincuialluvionieterremoti,causandoviolentispostamentiditerra

edimari,eranoingradodiprodurrenelbrevetempoadisposizionelediscontinuitàosservatetraidiversistratidiroccia.Aquestopunto,però,erachiarocheununicoDiluviononerapiùsufficiente,elediscrepanzeconlaBibbia,chesieratentatodilasciarefuoridallaporta,rientravanodallafinestra.Leimplicazioniderivantidallostudiodeifossilieranodunquediportatataledanonvenirericonosciuteedaccettatenell'immediato.Percircaunsecolosicontinuracatalogarerocceefossiliaccantonandoilproblemadelladatazione.

FuJamesHutton(1726-1797),ungeologoscozzese,agettarelebasidelmetamorfismo,ovverolostudiodeiprocessiditrasformazionedellerocce.ComeCopernicosiliberòinuncolpodellacomplicatateoriadegliepicicliedinterpretòletraiettoriedeipianetispostandoilcentrodelsistemasolaredallaTerraalSole,coslHuttonsisbarazzòdelcatastrofismoedellesueignotecausemostrandocheglistessiprocessiattualmenteinattosullasuperficieterrestre(erosione,sedimentazione,vulcani,terremoti)eranoancheresponsabilidellevariazionigeologichepurchéavesseroadisposizioneuntemposufficientementelungo.GiàiGreci,comeabbiamodetto,avevanomessoinluceicontinuicambiamentidellerocceacausadell'erosione.Maloscozzesefuilprimoasottolinearecheleroccevenivanoancheripristinatedall'attivitàvulcanicadalcuimagmasioriginanoleroccedette,appunto,ignee.Hutton,tuttavia,nonavevainmenteun'evoluzionelinearedellaTerra,mapiuttostounandamentociclicodicontinuedistruzioniericostruzioniilcuiperiodo,benchiassailungoacausadellalentezzadeimeccanismiinatto,noneraperòquantificabile.

NelXIXsecololavisioneciclicadiHuttoneradestinataadesseresmentita.L'accumulodidatielaconseguentecatalogazionedeglistratidirocciaavevaindottolasperanzadipotercalcolareiltempogeologico.Manonintuttiiluoghilasuccessionedeglistratieralastessa,acausadellediversecondizionilocalidicaloreepressionederivantidall'erosioneeformazionedimontagneodallacollisionedicontinenti.NonèdunquebanaleripercorrerelastoriadellaTerratramiteglistratidovutiasedimentazionisuccessive.Fortunatamenteifossiliracchiusinelleroccemostravanounaregolaritàassaimaggiore.Anchesestraticoevisonocompostidaroccediverseinluoghidiversi,essicontengonolostessotipodifossili.Alcunespecieperduraronocosìalungocheilorofossilisiritrovanoinnumerosistrati,altrisoloinpochistrati;lanascitael'estinzionedialcunespeciesonoavvenuteall'internodiunsolostrato.Erachiarocheilsuccedersideifossilineidiversistratirappresentavaunasortadicalendarioincuieranoregistratiglieventigeologici.Questocalendariomostravaunandamentolineare,enonciclico,delsusseguirsideglieventi:manmanochecisispostaastratisuperiori,edunquepiùrecenti,ifossiliinessicontenutitendonoadiventaresemprepiùcomplessi,eunavoltacheundeterminatofossilesparisceessononriapparepiù.Questopuravveniresoloperuntempounidirezionale,enonciclico.Chiaramenteifossilinoneranoingradodifornireunastimaassolutadeltempotrascorso,masolounascalarelativadellasuccessionedeglieventi.FudunquepossibilesuddividereilpassatodellaTerranelletreormaifamiliarieregeologiche(cenozoica,mesozoicaepaleozoica)coniloroperiodi(quaternario,terziario,ecc.),mal'estensioneditalepassatorimanevaincognita.Datalalentezzadeiprocessiconsiderati,paleontologiegeologinecessitavanoditempiabissalielacronologiabiblicarisultavaovviamentescardinata.Itempieranoormaimaturiperazzardarel'ipotesiche,seilmondoinanimatoevolveva,taleevoluzionedovevacoinvolgereanchegliesseriviventi:nel1859CharlesDarwin(1809-1882)pubblicòL'Originedellespecieincuisisostenevaunacomuneascendenzaperl'interomondoanimaledacuisisarebberoevolutelevariespecie.Ancheinquestocasoeranorichiestitempienormi.Paradossalmente,acontrastaretalerichiesta,ricoprendoinuncertosensoilruolodiconservatori,furonoproprioifisiciegliastronomichepure,neisecoliprecedenti,risultarono

determinantinellospezzarealcunidogmiaristotelicidifesidallaChiesa(sipensiaCopernico,KepleroeGalileo).

LeggereilCielo







...equellodeifisici



Epilogo

Letture

...equellodeifisici

GiàCartesio(1596-1650)avevapropostounateoriadellaformazionedelSistemasolaretramiteunasortadigerarchiadivortici.Benchélateoriafossesbagliata(laTerrarisultavaessereunasortadiSoleormaispento),essaebbetuttaviailmeritodiaffrancarsidaun'accettazioneletteraledellaGenesiedistimolarenuoveideesullaevoluzionecosmica.Nel1796Laplacee,indipendentemente,ImmanuelKant(1724-1804),fortidelladinamicanewtoniana,pervenneroall'ipotesinebularedell'originedelsistemasolare:inizialmenteilSoleeraavvoltodaun'atmosferarotantesulpianoequatoriale.Conilpassaredeltempoalcunepartidiquestaatmosferavenneroascontrarsieacomprimersicondensandosi,tramitelagravità,negliattualipianeti.Questaipotesispiegaperchéipianetisitrovanopiùomenosullostessopianoeruotanotuttinellastessadirezione.L'ipotesinebulare,opportunamenteaggiornata,èancoraoggiritenutavalida.SedunquelaTerrasieraformatadallacoalescenzadiregionigassose,essadovevaessereinizialmenteassaicaldaedèandataviaviaraffreddandosifinoallatemperaturaattuale.CalcolareiltempodiraffreddamentodellaTerraequivalepertantoascoprirelasuaetà.AquestoscopodiversiingegnosimetodivenneroutilizzatidavaristudiosinelcorsodelXVIIIeXIXsecolo.Inparticolare,WilliamThomson(1824-1907),divenutopoiLordKelvin,tenendocontodellaconducibilitàtermicadellerocceedialtrifattori,giunseafissareiltempodiraffreddamentonell'ordinedi40milionidianni.Unintervalloditempopiùlungodeiseimilaannibiblici,madecisamentetroppobreverispettoaglieonirichiestidaigeologiedallateoriadarwinianadellaselezionenaturale(sappiamooggicheiprimirestifossilirisalgonoacirca550milionidiannifa,echeiprimiorganismiunicellulariapparvero4miliardidiannifa).Datal'immensareputazionedicuigodevaKelvin,traipiùcelebratiscienziatiinglesiconlesueoltreseicentopubblicazioniscientifiche,questavalutazionevenneaccettataacriticamenteedunanimementedallacomunitàscientifica.Masebbenenessunoancorapotevarenderseneconto,unannoprimacheLordKelvinpubblicasseisuoirisultatieragiàstatoscopertounorologionaturalecheliavrebbesmentiti.Perunsingolareintrecciodidestinicheavoltesiverificanellastorianonsoloscientificadell'umanità,allascopertadiquestoorologioparteciparonostudiosilontani,performazioneedinteressi,daigeologi,paleontologiedastronomi.Questistudiosirivolgevanoillorointeressenonalproblemadell'etàdellaTerramaallastrutturainternadell'atomoe,inparticolare,alsuonucleo.

LeggereilCielo







...equellodeifisici



Epilogo

Letture


Ilfenomenodellaradioattivitàdell'uraniovennescopertocasualmentenel1896daHenriBecquerel(1852-1908)estudiatoapprofonditamentedaMarieCurie(1867-1934)insiemealmaritoPierre(1859-1906).Apochiannidallasuascopertaduefattidivennerochiaririguardoallaradioattività.Ilprimoècheessaèunprocessoesotermicoeproduce,pertanto,calore:quandoiraggiemessidaunasostanzaradioattivacollidonoconlemolecoledell'aria,essivengonoassorbitidaquestemolecoleelaloroenergiacineticaètrasformataincalore.Lasecondacaratteristicaèchetraccediradioattivit`sonopresentiovunqueattornoanoi,nelsuolo,nellerocce,nellapioggiaenellaneve.LagrandeproduzionedicaloredapartediquestaradioattivitàinvalidavaicalcolidiLordKelvin,dalmomentocheegliavevaassuntocheilcaloredispersodallaTerrafossequellooriginariodellaformazione;orainvecedivennechiarochel'energiatermicairradiatavenivacontinuamenterimpiazzataattraversoiprocessiradioattivi.PertantolaTerranonstaraffreddandoelacronologiadiKelvinsisgretolòlasciandocampoliberoaquelladarwiniana.

Malaradioattivitàricopreunruoloassolutamentepeculiarenellastoriacheandiamodescrivendoperchénonsilimitòadiscriminareunacronologiapiuttostocheun'altra,marappresentòessastessaunorologioaffidabileconcuicalcolarel'etàdellaTerra.Aitempidellascopertadellaradioattivitàl'atomoeraancoraconsideratounasingolaentitàindivisibile.Dilìapoco,tuttavia,siarrivòacapirecheinrealtàessoècostituitodaelettroniconcaricaelettricanegativacheorbitanoattornoadunnucleocompostodaprotonipositivieneutroniprividicaricaelettrica.Ciòchedistinguelediversesostanzeèilnumerodiprotonicontenutinegliatomichelecostituiscono.Inucleidiunasostanzainstabilesisfaldanoemettendoraggicompostidaiframmentidovutiaquestosfaldamento.Quandoinucleidiunasostanzaradioattiva(sostanzamadre)perdonoprotoni,essidiventanonecessariamenteunaltrasostanza(sostanzafiglia).Ilprocessodidecadimentoradioattivoèditipostatistico:dati,poniamo,1000nucleidellasostanzamadreA,nonèpossibiledirequalinucleisisarannotrasformatinellasostanzafigliaBdopountempofissato.Èperòpossibiledefinireuntempo,dettotempodidimezzamento,passatoilqualesiavranno500atomiAe500B.Trascorsounaltrotempodidimezzamentosiavranno250atomiAe750B;poiancora125Ae875B,ecoslvia.Pertanto,conoscendoiltempodidimezzamentocaratteristicodellasostanzaA,èpossibilerisalirealtempotrascorsotramiteilconteggiodeinucleiAeB.Iltempodidimezzamentodell'uranio-238(ovverocontenente238particellenelnucleo),adesempio,èdi4,5miliardidianni;quellodell'uranio-235704milionidianni;quellodelcarbonio-145.730anni.Anchesenellapraticaladatazionetramitesostanzeradioattivepresentaalcunedifficoltàsucuinoncisoffermiamo,essaharealizzatoil

sognodeigeologidel'700esiamooggiingradodidatareinmanieraassoluta,enonsolorelativa,ivaristratirocciosi.Sièpotutaanchemisurarel'etàdegliasteroidichecadonosullaTerra:essisonocoevidellaTerraedhannoilvantaggiodinonaversubitoalcunatrasformazionedaltempodellaloroformazione,contrariamenteaquantoaccadeallasuperficieterrestresottopostaacontinuemodifichedapartediprocessivulcaniciederosivi.All'internodiunoscartodi100milionidianni,l'etàdituttiquestiasteroidi,edunquedelsistemasolare,risultaessere4,5miliardidianni.

Comeabbiamovisto,nonfufacileperiprimistudiosi,adusiallacronologiabiblica,concepiresimiliintervallitemporali,edanchepernoi,oggi,risultadifficoltosoabbracciareconlamenteunsimilearcoditempo.PermegliorendersicontodelpesorelativodellevarietappedellavitadellaTerrapuressereutileconsiderareilseguenteschemaincuiilSistemasolareèassuntoavereunannodivita,unintervalloconcuisiamodecisamentepiùfamiliari.LaTerrasiformailprimogennaio;leprimeformedivitaacquatichevengonoallaluceallafinedimaggio;pianteedanimalicompaionoallafinedinovembre;il25dicembresiestinguonoidinosauri(eventoaccadutoinrealtà65milionidiannifa);l'homosapiensapparealleore23del31dicembre;l'imperoromanoduradalle23:59:45alle23:59:50;lascopertadellAmericaavvienealle23:59:57.

LeggereilCielo







...equellodeifisici



Epilogo

Letture


Gliastrofisici,nelcorsodel'900sonoriuscitiavalutarel'etàdialtrestelleoltreilSole,scoprendochevenesonoditutteleetà,daquelleancorainformazionenellanebulosadiOrione,aquellemoltogiovanicomelePleiadi,aquellemoltovecchie(12-15miliardidianni)chesitrovanonegliammassiglobulari,grappolicontenentifinoa100.000stelleepresentisianellanostracheinaltregalassie.Anchelestelle,chepermillennieranoassurteaparadigmadiimmutabilitàestabilità,mostravanodinascere,invecchiareedinfinemorire(alcunetramiteunaspettacolareesplosionedettasupernova)alparidegliorganismiviventi.Mailconcettodievoluzionesieraormaifattostradaevenneestesosenzatraumiancheaicorpicelestidiognitipo.Legalassie,adesempio,nelcorsodellalorovitamutanoilcontenutodistelleegasvariandoinluminositàespessoancheinmorfologia.

Nel1929EdwinHubblescoprìchelegalassie,alparidegliacinidiuvettaall'internodiunpanettoneinlievitazione,siallontananoleunedallealtreconvelocitàproporzionaleallareciprocadistanza.Estrapolandoquestomotoindietroneltempo,siconclusecheinpassatotuttelegalassie,epiùingenerale,tuttalamateriadovevaesserecompressainunridottissimovolumecondensitàetemperatureinimmaginabili.LuniversodunquesièoriginatodalBigBang,unagrandeesplosioneinizialeaseguitodellaqualeessocontinuaadespandersi.Nel1965PenziaseWilsonrilevaronounaradiazionecosmicadifondouniformeedisotropacherappresentailresiduodell'enormecaloreinizialedell'esplosioneecostituiscelaprovapiùstringentedellateoriadelBigBang.Dalladistanzatralegalassieedallalorovelocitàdiallontanamentol'etàdell'universovienevalutataattualmentetrai12ei18miliardidianni.Èimportantesottolinearechelevarieetàacuiabbiamofattoriferimento(relativamenteaTerra,stelleeuniverso)sonoottenutetramitetecnichediverse(radioattività,modellistellari,misurazionedelladistanzadellegalassieedellalorovelocitàdiregressione).Ilfattochetalistimenonsianoincontraddizionetraloro-comesarebbeaccadutose,adesempio,l'universofosserisultatopiùgiovanedellaTerrainduceaguardareallanostraattualecosmogoniaconunacertafiducia.

Sedunquel'universohaavutouniniziorisultanaturalechiedersicosac'eraprima.Èpossibile,inverità,chequestasiaunadomandamalposta,legataallaconcezionenewtonianadiuntempoassolutochescorreindifferenteagliaccadimenti.Lateoriadellarelativitàcihainsegnatochequestononèvero,inquantoiltemposcorrediversamenteperosservatoriinmotorelativo:ènotoilcosiddettoparadossodeigemelli(verificatosperimentalmente)secondocuiunastronautadiritornodaunviaggiospazialecompiutoavelocitàparagonabileaquelladellalucerisultapiùgiovanedelgemellorimastoaterra.Inoltre,giàGottfriedLeibniz

(1646-1716)avevapolemizzatoconNewtonsostenendochenoideriviamoiltempodalsuccedersideglieventi,enonilcontrario:senoncifosserofenomeninoncisarebbeiltempo.Essoèl'ordineconcuisisusseguonoglieventiapartire,adesempio,dallaCreazione.Chiedersicosac'eraprimanonhasenso,inquantopresupponeuntempoesternoaglieventi.Alcunicosmologicontemporanei,tracuiStevenHawking,hannoriformulatoilquesitointerminimodernichiedendosicomeiltempopossaessereemersodalBigBang.Questespeculazioniaffondanolelororadicinellepieghedellameccanicaquantisticaerappresentano,almomento,pioneristichecongetture.

LeggereilCielo







...equellodeifisici



Epilogo

Letture

Epilogo

PochianniprimadellascopertadiHubble,Einsteinrealizzòunmodellomatematicodiuniversobasandosisullateoriadellarelativitàgeneraledaluistessoformulatanel1915.Questomodelloprevedevaununiversoinstabileepropensoadespandersi.Dalmomentochequestocontrastavaconl'opinionecorrentediununiversostatico,Einsteinmodificòadhocleequazioniinmodochel'universorisultasseeffettivamentestazionario.Ilfisicotedescopersedunquel'occasionediprevedere,inbaseaisolicalcoliesenzaalcunsupportoosservativo,l'espansionedell'universo.GliEgizianirifiutaronoiltempouniformepurmisurandolocongliorologiadacqua,ediGrecinoncolserol'occasionedianticipareilconcettodievoluzionepurosservandoifossilimarinisullependicideimonti.CosìEinstein-chepureavevarivoluzionatogliabitualiconcettidispazioeditempo-rimasevittimadelpregiudiziodiununiversostaticoedimmutabile,nonostantechetalepregiudiziofossegiàstatoabbandonatodageologiebiologi.Moltiepisodisimilisonoaccadutinelcorsodellastoriadellascienza,emoltiancora,presumibilmente,neaccadranno.

LeggereilCielo







...equellodeifisici



Epilogo

Letture

Letture

Trattazionestorica.

Aveni,Gliimperideltempo.Calendari,orologieculture,Dedalo,Bari,1993;

J.E.Barnett,Time’spendulum,PlenumTrade,NewYork,1998;

*A.Borst,Computus.Tempoenumeronellastoriad’Europa,IlMelangolo,Genova,1997;

A.D’Ercole,Storiadeltempo,inGiornalediAstronomian.3,1998,pp.2-17;

D.E.Duncan,IlCalendario.L’eternasfidadell’uomoperdominareiltempo,Piemme,CasaleMonferrato(Torino),1999;

M.Eliade,Ilmitodell’eternoritorno,Borla,Roma,1988;

F.Maiello,Storiadelcalendario.Lamisurazionedeltempo1450-1800,Einaudi,Torino,1996;

*E.G.Richards,MappingTime,OxfordUniversityPress,Oxford,1998;

D.VanRossum,Historyofthehour,TheUniversityofChicagoPress,Chicago,1996;

G.J.Withrow,TimeinHistory,OxfordUniversityPress,Oxford,1989.

Trattazionefisicaecosmologica.

M.Ageno,Leoriginidell’irreversibilità,BollatiBoringhieri,Torino,1992;

D’Ercole,Freccedeltempo,inCoelumn.2,1985,pp.69-84;

T.Gold(Ed.),ThenatureofTime,CornellUniversityPress,NewYork,1967;

Lafrecciadeltempo,Napoli,CUEN,1997;

D.Layzer,Lafrecciadeltempo,inLeScienzen.92,1976,pp.26-39eLeScienzequadernin.85,1995;

I.Prigogine,TheEndofCertainty,TheFreePress,NewYork,1997;

M.Rees,Primadell’inizio.Ilnostrouniversoeglialtri,RaffaelloCortina,Milano,1999

Ivolumicontrassegnatidaasteriscocostituisconoletturediapprofondimento

LeggereilCielo

LasferacelestePierluigiBattistini

Lecostellazioni

Sistemidicoordinate

Nascereetramontaredegliastri

Variazionidellecoordinate:precessioneenutazione

Elissoideterrestre

Lecostellazioni

Usandol'immaginazioneèfacileinunanottestellataraggrupparelestelleinconfigurazionigeometricheaformarefigurechepossonorappresentareoggetti,animaliodaltro.Unnumeronotevoleditaliconfigurazionièstatoinventatoecodificatofindaitempipiùantichiedinquestomodosonostatisistematiincieloeroi,semidei,animaliedaltripersonaggidellamitologia.Conaggiunterecentioggivengonoriconosciute88costellazioniicuiconfinisonostatirigorosamentedefinitiinmodoufficialedallaUnioneAstronomicaInternazionalenel1930.Inquestomodolecostellazioniformanounsistemachecipermettediidentificarelestellesullavoltaceleste.

Ilneofitadiastronomiaèinvitato,mediantel'usodicarte,afamiliarizzarsiconleposizionideglioggettiincieloimparandoariconoscerelecostellazioni.

Unaosservazioneunpo'piùaccuratacimostrasubitochelecostellazioninonrimangonofissenelcielomasimuovono,contuttalasferaceleste,oradopoora,comefannoilSoleelaLuna.Talemotoapparenteèdovutoallarotazionein24oredellaTerra.Èfacileverificarequestomotocontrollando,adistanzadiqualchetempo,laposizionedellestellerispettoadelementidelpaesaggio.Lestellechesitrovanonellaparteorientaledellasferacelestesalgono(sorgono),quelleasudsimuovonodasinistraadestraequelleadovesttramontano.Lestelleversonordhannounmotopiùpeculiare:sembranomuoversiincerchiconcentriciattornoadunastellapiuttostobrillante:laStellapolare.

Consideriamooraunsecondomotoapparentedituttalavoltaceleste,equindidell'insiemedellecostellazioni,moltopiùlentodovutoalmotodellaTerraattornoalSole.Questomotofasìcheciascunastellaraggiungaunadeterminataposizioneincielo4minutiinanticipoogni24ore.Cosìunastellachesorgealle22all'iniziodigennaiosorgeràalle20all'iniziodifebbraio,alle18all'iniziodimarzoecosìvia.Inquestomodolecostellazionisimuovonogradualmentedaestadovest,sparisconoevengonosostituitedaaltrementrel'annoprocede.

CosìdiciamocheOrione,IlCaneMaggioreedilTorosonotipichecostellazioniinvernaliperchéèininvernochesonoaltenelcielonotturno;ilLeone,laVergineelaChiomadiBerenicesonotipichecostellazioniprimaverili;laLira,ilCigno,ilSagittarioeloScorpionesonoestivementrenelcieloautunnalebrillanolestellediPerseo,AndromedaePegaso.LecostellazioniattornoallaStellapolarenellorogiroattornoalpolonordcelestenontramontanomaiesonodettecircumpolari.Ilnumerodiquestedipendedallaposizionedell'osservatoresullaTerra:sesitrovaalpolonordlapolaresaràallozenitetuttelecostellazionivisibilisarannocircumpolari,sesitrovaall'equatorelapolaresaràall'orizzonte e�nessuna costellazione sarà circumpolare.

LeggereilCielo


Home

Lecostellazioni

Sistemidicoordinate

Primosistemadiriferimentolocale:coordinateorizzontali

Secondosistemadiriferimentolocale:coordinateorarie

Sistemadiriferimentoequatoriale

Relazionifrasistemaorarioesistemaequatoriale

Sistemadicoordinateeclittiche



Elissoideterrestre

Sistemidicoordinate

ComeabbiamodettoilmotodiurnodellasferacelesteèunaconseguenzadelmotodirotazionedellaTerra.Essoèilmotorelativodell'insiemedelcielostellatorispettoadunsistemadiriferimentolocale,solidaleconl'osservatore.Untalesistemadiriferimentononèperòsufficiente.Ècomodoinfattiriferireleposizionidellestelle,individuatedadirezionisullasferaceleste,adunsistemadicoordinatealqualeessesianolegateinmodoinvariabile:ilsistemaequatorialedicoordinatecelesti.

Perdescrivereilmotodiurnosaràallorasufficientedescrivereilmotodelsistemadiriferimentoequatorialerispettoaquellolocale:ciòciporteràadefinireiltemposideraleelalatitudinedelluogo;mentreperrapportaretraloroidiversisistemilocali(diversiosservatoriinluoghidiversi)occorreràinoltredefinirelalongitudineeciòciporteràadalcuneconsiderazionisulgeoideterrestre.

Primosistemadiriferimentolocale:coordinateorizzontali

Esisteperciascunluogounadirezioneprivilegiata,cheabbiamobuoneragionidiritenereinvariabileneltempoechepuòesseredeterminatafisicamenteconaltissimaprecisione:laverticaleodirezionedellaforzadigravità(forzapeso).IlpuntodiintersezioneZdiquestadirezioneconlasferacelesteèdettozenit(vedifigura1).Ilcerchiomassimodellasferaceleste,intersezionedelpianotangenteallasuperficiediunliquidoomogeneoinequilibrioèl'orizzonte(dettoancheorizzontematematicooorizzonteastronomico);essohaperpolilozeniteilpuntodellasferacelestediametralmenteopposto,dettonadir(N).Orizzonte,zenitenadirsonoelementidellasferacelestedettaanche,inquestocontesto,sferalocale.

Dettociò,risultanaturalesceglierel'orizzontecomepianofondamentaledelsistemadiriferimentolocale.Sudiessoscegliamocomeoriginedellecoordinateilpuntosud,indicatoconSinfigura.ConsideriamounpuntogenericoRdellasferacelestechedefinisceladirezionediunastroqualunqueetracciamoilsemicerchiomassimoZRN.EssoèdettocircoloverticalediReintersecal'orizzontenelpuntoR'.

L'arcoSR',corrispondenteall'angoloa,contatosull'orizzonte(da0°a360°)insensoorarioèl'azimut(A)diR,mentrel'angoloRR'èl'altezza(h)delpuntoR,misurataingradi,positivamenteversolozenitenegativamenteversoilnadir.Spessoquest'ultimacoordinataèsostituitadalsuocomplementoalgebrico,ladistanzazenitaleZR,chesicontada0°a180°esiindicaconz.Azimutedaltezza(odistanzazenitale)sonolecoordinateorizzontali(ocoordinatealtazimutali)delpuntoR.

http://www.bo.astro.it/universo/letture/webcorso/webleggere/battsfera/ba2n.html#siccome

http://www.bo.astro.it/universo/letture/webcorso/webleggere/battsfera/ba2n.html#centro

Figura1.Sistemadiriferimentoorizzontale.

IlcerchiominoreaventeperpololozenitepassanteperRèdettocerchiodialtezza(oalmucantarat)delpuntoR.Cerchiverticaliecerchidialtezzasonolelineecoordinatedelsistemaorizzontale(analogheameridianieparalleliperlecoordinategeografiche).

Acausadelmotodiurno,lecoordinateorizzontalidiunastrosonovariabilielalorovariazioneèdescrittadaleggipiuttostocomplicate.

Secondosistemadiriferimentolocale:coordinateorarie

Ilmotodiurnodellasferacelestepuòessereconsideratocomeunarotazioneattornoadunasseistantaneoconunperiododipocoinferiorealladuratadelgiornosolaremedio.L'asseistantaneodirotazionedellasferacelesteèdettoassedelmondo(èunassepassanteperl'osservatoreeparalleloall'assedirotazioneterrestre).Ipuntidiintersezioneditaleasseconlasferacelestesonodettipoli(rispettivamentepolonordcelestequellodell'emisferoboreale,epolosudcelestequellodell'emisferoaustrale).

Sichiamameridianoastronomico(omeridiano,omeridianodelluogo)ilcircolomassimointersezionefrailpianoverticalechecontienel'assedelmondo(dettopianodelmeridiano)elasferaceleste(vedifigura2).Essoèunelementodellasferalocale.Unadelledueintersezionidelmeridianoconl'orizzonte(quelladallapartedelmeridianochenoncontieneilpolo)èdettapuntosud(S)edèl'originedellacooordinataazimut.L'altropuntodiintersezioneèdettonord(N),mentrea90°abbiamoilpuntoest(E)edilpuntoovest(W).Lacoordinataazimutsicontaquindidasudversoovest.

L'altezzadelpolosull'orizzonte(angoloNOP)definiscelalatitudinedelluogo,chedisolitovieneindicataconlaletteragreca .

Figura�2.�Meridiano�astronomico�e�latitudine�del luogo.

L'equatorecelesteèilcerchiomassimochehaperpoloilpoloceleste.Èunelementoinvariabiledellasferalocalepoichéilmotodiurnoavvieneattornoall'asseadessonormale(OP).Adottiamoquindiilpianoequatoriale(ilpianocontenentel'equatore)comepianofondamentalediunaltrosistemalocaledicoordinate.Deiduepuntidiintersezionedelmeridianoconl'equatore,quellosopral'orizzontevienechiamatomezzocielo.

Analogamenteaquantoabbiamofattosopra,tracciamoilsemicerchiomassimopassanteperilpoloeperilpuntogenericoR:saràquestoilcerchioorariodelpuntoR.Essointersecal'equatorecelestenelpuntoR'.L'arcoMR'(chemisural'angolodiedroformatodalcerchioorarioedalsemimeridianosud)èchiamatoangoloorario(H)delpuntoR.Essovienecontatoinsensoretrogrado(versoilpuntoW)edisolitovienemisuratoinoreminutiesecondida0ha24h

(vedifigura3).

IlcerchiominoreaventeperpoloilpolonordcelesteepassanteperRèdettoparallelocelestediR.LadistanzaangolareRR'dalparallelocelesteall'equatoreèladeclinazione( )delpuntoR.Vienemisurataingradi(da0°a90°)positivamenteversoilpolonordcelesteenegativamenteversoilpolosudceleste.Siccomeacausadelmotodiurnounastellaqualunquepercorre,almenoinprimaapprossimazione,unparalleloceleste,lasuadeclinazioneèinvariabileneltempo.

AngoloorarioedeclinazionesonolecoordinateorariedelpuntoR.

Figura3.Sistemadiriferimentoorario.

Sistemadiriferimentoequatoriale

Poichéilmotodiurnopuòessererappresentatocomeunarotazionedellasferadellestellefisserispettoadunsistemadiriferimentolocale,perpoterlodescriverecioccorreancheunsistemadiriferimentosolidaleconlestelle.Essopermetteràunadescrizionegeometricadelcielostellatoedellecostellazionidatoche,inuntalesistema,laposizionedellestelleè,almenoinprimaapprossimazione,invariabile.

Ilpianofondamentaleèancoraquellochecontienel'equatoreceleste.L'originedegliangolisuquestopianoèilpuntointersezionedell'eclitticaconl'equatoreceleste,dettopuntovernale(opunto oequinoziodiprimavera);essoè,almenoinprimaapprossimazione,fissorispettoallestelle.

L'ascensioneretta( )diunpuntoRsullasferacelesteèl'angolofrailcerchioorariodiRequellodelpunto .Vienecontatopositivamentenelsensodiretto(sensooppostoaquellodelmotodiurno).Conquestaconvenzionegliastripassanoinmeridianosuccessivamenteinordinediascensionerettacrescente.Comenelcasodell'angoloorario,l'ascensionerettavienemisuratainoreefrazionisessagesimali(da0ha24h).LasecondadellecoordinateequatorialièladistanzaangolareRR'delpuntoRdall'equatoreceleste,giàdefinitapiùsopra:ladeclinazione(

).

Comeperl'altezza,talvoltaladeclinazionevienesostituitadalsuocomplementoalgebrico,ladistanzapolare,contataapartiredalpolonordcelesteda0°a180°.

AscensionerettaedeclinazionesonolecoordinateequatorialidelpuntoR.Essesonoindipendentidalmotodiurnoepossonovariaresoloseilpianofondamentalee/oilpunto mutanolaloroposizionerispettoallestelle.Vedremopiùavantiche,seèlegittimoconsiderarlifissinell'arcodiqualcheoraodiqualchegiorno,nonlosaràinassolutoperchéinrealtàessicambianodiposizione,ancorchéquestocambiamentorisultiessereapprezzabilesuintervalliditemposufficientementelunghi.

Relazionifrasistemaorarioesistemaequatoriale

Siccomeilsistemaorarioedilsistemaequatorialehannolostessopianofondamentale,equindilostessopolo,laloroposizionerelativadipendedalladefinizionediunsoloparametro.Risultanaturalesceglierecomeparametrol'angoloorariodelpunto alqualeèstatodatoilnomeditemposiderale.

Dataquestadefinizione,l'angoloorarioHdiunpuntoRdellasferacelesteèlegatoallasuaascensionerettaealtemposideraleTdallarelazionealgebricafondamentale

H=T- (T=H+ )

comesipuòvederefacilmentedallafigura4tenendocontodeisensipositivideivariangoli.

UncasoparticolarmenteimportantesihaquandoH=0oH=12h.Sidiceallorachel'astroèinmeridiano:inculminazionesuperiorenelprimocaso,inculminazioneinferiorenelsecondo.Inculminazionesuperioresiha:

T= (H=0)

dacuidiscendeunanuovadefinizioneditemposiderale:èl'ascensionerettadegliastriinculminazionesuperiore.Questadefinizioneciconsenteunamisuradirettadeltemposiderale,unavoltanotaconprecisionel'ascensionerettadiunastroedisponendodiunostrumentochepermettadideterminareconprecisionel'istantedelpassaggioinmeridiano.

Figura4.Relazionefraangoloorarioeascensioneretta.

Sistemadicoordinateeclittiche

Ilcentrodeldiscosolareinunannodescriveuncerchiomassimosullasferadellestellefisse.LasuaorbitarelativaèdunquesituatasudiunpianocontenentelaTerra.Aquestopiano,comepurealcerchiomassimochelorappresenta,sidàilnomedieclittica.CiòacausadelfattocheleeclissipossonoaverluogosoloquandolaLunaloattraversa.D'altrapartelaLunaedipianetivisibiliadocchionudononsiallontananomaimoltodall'eclittica.Sidàilnomedizodiacoofasciazodiacaleallapartedisferacelestelimitatadadueparallelisituatiadunadistanzadi8°,5daunaparteedall'altradell'eclitticaechecontienealsuointernolatraiettoriaapparentedituttigliastrimobilidegliantichi.

DeiduepuntidiintersezionefraeclitticaedequatoreèdettonodoascendentequellocheilSoleattraversapassandodall'emisferoaustraleaquelloboreale.Ilpassaggioavviene

attornoal21marzo,all'equinoziodiprimavera,dacuiilnomedipuntovernale(dallatinover=primavera).Ilpuntodell'eclitticaattraversatodalSole(odaunqualunquealtrocorpodelSistemasolare)passandodall'emisferoborealeaquelloaustraleèdettonododiscendente.Ilmotodiunastronellafasciaèdettodirettosehaluogonelsensodellaascensionerettacrescente,retrogrado,sehaluogonelsensoopposto.Nell'istanteincuiilmotoinascensionerettasiinvertesidicecheilpianetaèstazionario.

Pericorpidelsistemasolaresiusaspessounsistemadiriferimentocheadottacomepianofondamentaleilpianodell'eclitticaecomeoriginedellecoordinateilpuntovernale;ipolicorrispondentisonoilpolonordeilpolosuddell'eclittica.

Perdefinirelaposizionedell'eclitticasullasferaceleste(rispettoalsistemaequatoriale)bisognadareanchelasuainclinazionesull'equatore.Taleangolo,dettoobliquitàdell'eclittica,vieneindicatocon .Ilsuovalorevarialentamenteneltempoepuòessere,conottimaapprossimazione,determinatodall'espressione:

=23°26'21",448-46",8150T-0'',00059T2+0'',001813T3

doveTèiltempomisuratoinsecoligiulianidi36525giorniapartiredall'epocastandardJ2000.0:

Ilsuovaloreperl'annoincorsopuòessereespressoda:

=23°,440592-0,00000036d

dovedèilnumerodigiornitrascorsidall'iniziodell'anno.

L'eclitticaèstataadottatafindall'antichitàcomepianodiriferimentoperladefinizionediunsistemadicoordinatecelestidettecoordinateeclittiche.L'origine,comeperlecoordinateequatoriali,èilpuntovernaleeilsensoèquellodiretto.Sull'eclitticasimisuralalongitudineceleste( )da0°a360°;l'altracoordinataèlalatitudineceleste( )evienemisurataapartiredall'eclitticapositivamenteversoilpolonorddell'eclitticaenegativamenteversoquellosud,da0°a90°.

LeggereilCielo


Lecostellazioni

Sistemidicoordinate



Elissoideterrestre

Nascereetramontaredegliastri.

Lestelledellazonacompresatraidueparallelicelestitangentiall'orizzonte,rispettivamenteanordeasud,sorgonoetramontano.Lestelledell'emisferoborealelacuideclinazioneèmaggioredelcomplementoalgebricodellalatitudine(colatitudine=90°-latitudine)delluogodiosservazionerestanosemprealdisopradell'orizzonteesonodettestellecircumpolarinord;lestellecircumpolarisudsonoquelleinvisibiliperchérestanosempresottol'orizzonteperunosservatorepostonell'emisferonorddellaTerra.

L'angoloorariodell'astroall'istantedeltramontovienechiamatoarcosemidiurnoeesprime,intemposiderale,iltempointercorsodalpassaggioinmeridianoaltramonto(odalsorgerealpassaggioinmeridiano).L'arcosemidiurnopuòesseredeterminatosemplicementedall'espressione:

cosH=-tan tan

Perunastrochesitrovasull'equatore( =0)sivedeche,essendotan =0equindicosH=0(dacuiH=90°),l'arcosemidiurnorisultaugualea6ore.Perunastroboreale( >0),essoèmaggioredi6ore,mentreperunastroaustrale(<0)èminoredi6ore.

Ladistanzadalpuntoovestdiunastrochetramonta(oladistanzadalpuntoestdellostessochesorge)sideterminafacilmentedallarelazione:

doveilsegnodell'angoloAèquellodelladeclinazione.

Notabene:intuttoquestoparagrafoèstatatrascuratalarifrazioneatmosferica.

LeggereilCielo


Lecostellazioni

Sistemidicoordinate



Elissoideterrestre

Variazionedellecoordinate:precessioneenutazione.

Finquiabbiamosuppostol'invariabilitàdellecoordinateequatorialiedeclittiche,avendotrattatol'equatorecelesteel'eclitticacomepianiinvariabilirispettoallestellefisse.Suunarcoditemposufficientementelungoperòtaliipotesinonsonopiùlegittime.

Lavariazionesecolare(lenta)dellelongitudinicelesti,allaqualeoggidiamoilnomediprecessionedegliequinozi,èstatascopertanelsecondosecoloavantiCristodaIpparcodiNicea(194-120a.C.)confrontandolalongitudinedellastella

Virginis(Spica),daluideterminata,conquellaottenutaunsecoloemezzoprimadaTimocari.

Avendocomebasetaleosservazione,Ipparcointerpretòlaprecessionecomeunmotodirotazionedirettodellasferadellestellefisseattornoaipolidell'eclittica:polilacuiposizioneèinvariabileanchesutempilunghi.FupoiCopernicochediedel'interpretazionefisicamentecorretta:ladirezionedell'assedirotazioneterrestrenonècostantenellospazio,madescriveunconodirivoluzioneelatraiettoriacorrispondentedelpolocelestesullasferadellestellefisseèuncerchiominoredilatitudineeclittica90- .Adunavelocitàdi50",29peranno,ilpunto impiegaunpo'menodi26000anniapercorrerel'eclittica.Questovalorecorrispondealperiododirivoluzionedeipolicelestiattornoaipolidell'eclittica.

VersoilXVIIsecolocisièresicontocheanchel'obliquitàdell'eclitticanonècostante,maèsoggettaadunavariazionedicirca47"persecolo,ecircaunsecolopiùtardiBradleymostròcheilpianodell'equatorecelestesubiscespostamentiperiodici,piccolimanontrascurabili,attornoadunaposizionemedia:èilfenomenodellanutazione.AcausadiquestimovimentidovutiaperturbazionidapartedialtricorpidelsistemasolaresulmotodirotazioneedirivoluzionedellaTerra,lecoordinatecelestivarianolentamenteneltempo.Lateoria,fondatasullaleggedigravitazioneuniversale,èingradodifornirelaposizionedeipianifondamentaliadunacertaepocat,unavoltanoteadun'epocadiriferimentot0.

Sidefinisconocoordinatemediequelleriferiteallaposizionedell'equinozioedell'equatorechesiavrebberoseilsistemadiriferimentofosseanimatodalsolomotodiprecessione.

Sidefinisconocoordinateverequelleriferiteallaposizionedell'equinozioedell'equatoreverotenendocontodituttiimotidovutialleperturbazioni,compresalanutazione.

Esisteperòunaltrofenomeno,ditutt'altranatura,chedeterminalaposizionedegliastrisullasferaceleste:èunavariazioneapparentedelladirezioneversocuisitroval'astro,dovutaalmotorelativodell'osservatorerispetto

all'astroealfattocheisegnaliluminosisipropaganoconvelocitàfinita.Ilfenomeno,dettoaberrazione,fuscopertodaBradleynel1729sullebasidellemisuredellavelocitàdellaluceeffettuatedaRömernel1676.

Sidefinisconocoordinateapparentiquelleverecorretteperl'aberrazione.

Vediamooracomesipossonoricavarelecoordinateequatorialimedieadunistantet,unavoltachesianonoteadunistantet0.

Senonèrichiestaunagrandeaccuratezza,seledueepochenonsonotroppolontaneesel'astrononètroppovicinoalpolo,lavariazioneannuadellecoordinateèdatadalleseguentiespressioni:

=m+nsin tan

=ncos

dovemednsonoquantitàlentamentevariabilineltempo.Essesonodateda

m=3s,07496+0s,00186T

n=20",0431-0",0085T

doveTèiltempomisuratoinsecoligiulianiapartiredall'epocastandardJ2000.0(cfr.sistemidicoordinate).

LeggereilCielo


Home

Lecostellazioni

Sistemidicoordinate



Elissoideterrestre

Ellissoideterrestre

LasuperficiedellaTerravienedescrittadalgeoidedefinitocomelasuperficieequipotenzialecheverrebbeassuntadaimaridellaTerraincondizionidiequilibrio.Ilgeoideèunasuperficiecomplessa,maèmoltobenapprossimatodaunellissoidedirivoluzioneappiattitoaipoli.Essoèsufficientementevicinoallasuperficiereale(tenutocontodiunaeventualecorrezioneperl'altitudine)dapotercostituireunasuperficiediriferimentocomodoingeodesiaedaccettabileinastronomia.

Ledimensionidell'ellissoideterrestresonodefinitedallalunghezzadelsuosemiassemaggiore,a,edalfattorediappiattimento,f=(a-b)/a,dovebèilsemiasseminore.Ivaloridiquesteduegrandezze,raccomandatidall'AssociazioneInternazionalediGeodesia(IAG)nel1975eadottatidall'UnioneAstronomicaInternazionale(IAU)nel1976,sono:

a=6378140mf=1/298,257=0,00335281

SidefinisconolecoordinatediunpuntosullaTerranelmodoseguente:Lalatitudinegeografica(oastronomica) diunluogoèl'angolofralaverticaleeilpianodell'equatore,espressaingradida-90°(poloSud)a+90°(poloNord).Questadefinizioneènumericamenteidenticaaquelladatapiùsopra.

Lalongitudine diunluogoèl'angolodiedrofrailmeridianodelluogoedilprimomeridianosceltoconvenzionalmentecomeorigine(meridianodell'OsservatoriodiGreenwich).Dal1982l'UnioneAstronomicaInternazionalehastabilitodiesprimerelelongitudinida0°a360°positivamenteversoEst,mentrenellavecchiaconvenzione,ancoramoltodiffusa,venivaespressaingradi(da-180°a+180°)oinore(da-12ha+12h)positivamenteversoovestenegativamenteversoest.

Oltreallalatitudinegeograficavienedefinitalalatitudinegeocentrica( ')comel'angolofralarettacongiungentel'osservatorecolcentrodell’ellissoideterrestreeilpianodell'equatore.Lalatitudinegeocentricaadifferenzadellalatitudinegeograficadipenderàdalladefinizionedell'ellissoide(vedifigura5).

Lequantitàchedisolitovengonoutilizzatesonolecoordinaterettangolari cos 'e sin ',essendo ladistanzadell'osservatoredalcentrodellaterraespressainunitàdelsemiassemaggioredell'ellissoide.Taliquantitàpossonoesseredeterminateconoscendolalatitudinegeograficamedianteleseguentiespressioni

sin '=Ssin cos '=Ccos

dove

S=0,9949743-0,0016708cos2 +0,0000021cos4 C=1,0016799-0,0016820cos2 +0,0000021cos4 Q=0,9983271+0,0016764cos2 -0,0000035cos4

Seilluogoconsideratositrovaadunaaltezzah(espressainmetri)sullivellodelmareadSeCbisognaaggiungerelaquantità:

Fig.5-Coordinategeograficheegeocentricbe.

LecoordinatecelestiriportatesulleeffemeridihannocomeoriginedeisistemidiriferimentoilcentrodellaTerraesonoquindidettecoordinategeocentriche.Pergliastrivicini,adesempiolaLuna,perfareconfronticonleosservazioni(adesempionelcalcolodiunaeclissi)occorretrasformaretalicoordinateinunsistemadiriferimentoconoriginenell’osservatore(coordinatetopocentriche).

Seconsideriamoadesempio(comesiusadisolito)ilsistemaorario,letrasformazionidacoordinateorariegeocentricheacoordinateorarietopocentrichesonoleseguenti:

cos 'cosH'=cos cosH-( cos ')sin cos 'sinH'=cos sinHsin '=sin -( sin ')sin

dove 'eH'sonoladeclinazioneel'angoloorariotopocentrici(H=T- ',essendo 'l'ascensionerettatopocentrica), cos 'e sin 'lecoordinaterettangolaridefinitesoprae laparallassediurna.Quest’ultimaèdefinitacomel'angolosottocuièvistoilsemiassemaggioredell'ellissoideterrestredall'astroconsiderato.Quest'ultimaquantitàperlaLunaèriportatanelletabellemensili.Sipuòcomunquefacilmentedeterminare,notaladistanza,mediantel'espressione:

doveaèilsemiassemaggioredell'ellissoide.

LeggereilCielo

LagravitàRobertoBedogni

Introduzione

Lagravitànewtoniana

LagravitàdiEinstein

Conclusioni

Letture

Introduzione

Ilproblemadelsignificatodelconcettodi"peso",attribuitoaicorpimateriali,fudibattutosindall'antichità.GiàAristotelenotòche"ognimovimentoversoilbassodiuncorpod'oroodipiombo,odiognialtromateriale,dotatodipesoètantopiùvelocequantopiùessoègrande".Questaideafissòilsignificatodellagravitàpre-galileianaevennegeneralizzatanell'assuntochetuttiicorpi,sianoessidimetallo,dilegnoodaltromaterialecadononellostessomodoversoilbasso.

AquesteconclusionigiunseancheGalileoinseguitoallefamoseesperienzedelmotodeigravisudiunpianoinclinatoedall'esperienza,peraltroapocrifa,dellacadutadeigravidallatorrediPisa.PossiamocosìriassumereleconclusioniacuigiunseGalileo:"selasciamocadereunsassooppureunapiuma,facendoastrazionedall'effettodiresistenzadell'aria,entrambiglioggetti,seppuredifferentipercomposizionechimicaestrutturafisica,raggiungonoilsuoloallostessoistante".

LeggereilCielo


Introduzione


L'ipotesigeocentricaeeliocentrica

LeleggidiKepleroelaGravitazioneUniversale

Lascopertadinuovipianeti


Conclusioni

Letture


Figura1.

L'avercapitol'importanzadelconcettodimassaposeperòNewtonaldisopradeisuoipredecessoriecontemporanei.Galileo,infatti,nondistinsefrapesoemassaeHuygensusòindifferentementeidueterminiintuttiisuoilavori.Newtonsireseinvececontocheil"peso"nonèunaproprietàinvariabiledelcorpo,comefinoadallorasieraritenuto,bensìvariabileecheadognicorpoèinerenteunaproprietàquantitativachenedeterminailmovimentoedèdiversadalpeso:la"massa".Venivanocosìperlaprimavoltadistintiiconcettidimassaedipeso.

ImaggiorisuccessidellameccanicanewtonianasiebberonelladefinitivacomprensionedelmotodeipianetinelSistemasolare.Primaquindidiapprofondireulteriormenteilproblemadellagravità,allalucedellaLeggediGravitazioneUniversalediNewton,facciamounpassoindietroevediamocomeeranodescrittiimotideipianetineiprincipalisistemipre-newtoniani,quellogeocentricoedeliocentrico.

L'ipotesigeocentricaeeliocentrica

Ipianetipropriamentedettisonofacilmentericonoscibilisullavoltacelesteinquantosonomoltobrillantie,cosachenefacilitailriconoscimento,sitrovanosemprenellafasciadelloZodiaco.Èpossibiledistinguerli,asecondadellarapiditàconcuisimuovonosullaSferaceleste,inpianetiinferioriepianetisuperiori.

GiàgliantichiosservaronocheilmotodiMercurioeVenere(pianetiinferiori),rispettoalSole,avvienelungounadirezionecomune,quelladell'Eclittica,maoraconmotodiretto,oraconmotoretrogrado.Nonsiaccorseroperòdellapresenzadifasiplanetarie.Èinteressantenotarecome

VenereeMercurio(sebbenesiadidifficileosservazioneperMercurio)presentinolestessefasidellaLunainquantoentrambiriflettonolalucesolarenellostessomododelsatellitedellaTerra.AquestaimportanteconclusionegiunseperlaprimavoltaGalileoinseguitoadosservazionidellefasidiVeneremediantel'usodelcannocchiale.

Nonmoltodiversodalmotodeipianetiinferiorièquellodeipianetisuperiori,Marte,GioveeSaturno.Questoportòaprodurreuncomunemodellointerpretativo,inmododaricondurrelacomplessitàdiquantoosservatonellaSferacelesteadununicoschema.

Qualèlamacchinacelesteche,conilsuofunzionamento,fasìcheunosservatorealcentrodellaSferacelesteosserviimotiplanetarinelmodoincuiappaiono?

Figura2.

Perrispondereaquestadomandabisognavaformularedelleipotesi,riguardantiimotideipianeti,cioècostruiredeimodellidelmondocherendesseroconto,perquantopossibile,ditutteleapparenze.NoneradifficilespiegareilmotodiurnodellaSferaceleste,bastavasupporrechetuttoilfirmamento:stelle,Sole,LunaeglialtricorpicelestifosseroportatiintornoallaTerradaunasferacristallina,mobiledimotouniformeedimperniataaipolicelesti.Ciòerapienamenteconformeaquantosiosservava.

Allabasediquesto"sistema"stailprincipiodellacircolaritàeduniformitàdeimoticelesti,unodeicardinidelleconcezioniaristoteliche.Ilmodellomentaleeraquello,perdirlaconPlatone,disubordinareleleggifisicheaprincipidivinietrascendentisalvandoifatti,cioèdiricondurreleapparenze,costituitedallevistoseirregolaritàdeimotiplanetari,allarealtàdiunmotochesisupponevadoveresserecircolareeduniforme,inquantoperfetto,senzainizioesenzafine.

Nelsistemageocentrico,cosìchiamatoappuntoperchélaTerraèimmobilealcentrodell'Universo,ognicorpocelesteruotaconmotouniformeattornoallaTerra.LestellefissesonoincastonateallaSferacelesteeruotanoconessa.Sitrattavadiunagrandiosacostruzionegeometrica,capacedirappresentareinmodocompleto,particolareggiatoedanchequantitativo,tuttigliaspettidelcieloediprevedereilcorsodiqueicorpicelestidenominatipianeti.EssovennepropostogiàdaIpparcoerielaboratopiùtardi,nelsecondosecolod.C.,dall'astronomoalessandrinoTolomeo,nell'operatradottaetramandatadagliarabicolnomediAlmagesto,dacuiilnomediSistematolemaico.

Inquestocontestoedinunclimaculturaleparticolare,

apparenel1543ilDeRevolutionibusOrbiumCoelestiumdiNicolòCopernico(1473-1543),nelqualeèintrodottoilsistemaeliocentrico.Taleipotesierastata,perlaverità,giàformulatanelpassatodaAristarcodiSamoedaalcunialtri,maitempinoneranoancoramaturiperaccoglierla.

CopernicoponeilSolealcentrodell'UniversoedipianetiMercurio,Venere,Terra,Marte,GioveeSaturnoruotantiintornoalSolesuorbitecircolari,inordinedidistanzacrescente.LaTerra,inoltre,vienedotatadiunmovimentodirotazionesusestessainsensoantiorario,inmododaspiegarel'apparenterotazionediurnadellaSferacelestenelversoorario.LaLuna,infine,èdotatadiunmotodirivoluzioneintornoallaTerra,chenespiegalefasi.

Figura3.

Giàdalladescrizionequalitativa,laconcezionecopernicanahailgrandevantaggiodiunamaggioresemplicitàrispettoaquellatolemaica.Daunpuntodivistaquantitativo,conl'ausiliodiprecisicalcolimatematici,lanuovaipotesisiconciliaconleosservazioniepermettedirenderecontoditutteleapparenzemeglioancoradelSistematolemaicoancheseinmanieranonmoltopiùsemplice.LaconcezionecopernicanaabolisceilprivilegiodicentralitàconferitoallaTerraeconsentiràpoiunapiùaccettabilevisionefisica.

ScriveThomasKhunche:"ilDeRevolutionibuscostituìlamicciadiunarivoluzionecheessoavevaamalapenadelineato.Èuntestocheprovocaunarivoluzionepiùcheuntestorivoluzionario".

Inalcunicasi(p.es.ilsistemaSole-Terra)lacostruzionecopernicanaèaddiritturapiùcomplessadiquellatolemaica.QuestacomplicazioneverràsuperatadaKeplero(1571-1630),alcunedecinediannidopoCopernico,conl'introduzioned'orbiteellitticheedellacostanzadellavelocitàaureolare.

LeleggidiKepleroelaGravitazioneUniversale

LaprimaedimportanteverificadellavaliditàdelSistemacopernicano,vennedaKeplerochepotéutilizzareosservazionidiMartemoltoaccuratefattedalsuomaestroTychoBrahe(1546-1601).Dopovaritentativiedieciannidilavoro,Kepleropervenneinmodoempiricoallaformulazionedelletreleggicheportanoilsuonome:

IaLeggediKeplero:IpianetidescrivonointornoalSoledelleorbiteellittiche,dicuiilSoleoccupaunodeifuochi.

Conquestaleggecadeilprincipiodellacircolaritàdeimotiplanetari.Inoltreleorbitedescrittedaipianetiacquistanoidentitàfisicarispettoallecirconferenzetolemaiche,entipuramentegeometrici.

IIaLeggediKeplero:Leareedescrittedalraggiovettorediciascunpianetasonoproporzionaliaitempiimpiegatiadescriverle;ossia,ilraggiovettorediunpianetadescriveareeugualiintempiuguali.

Comeconseguenzadiquestalegge,unpianetasimuovepiùvelocementequandoèpiùvicinoalSole(perielio)epiùlentamentequandoèpiùlontano(afelio).Questaleggesegnalacadutadelprincipiodell’uniformitàdeimotiplanetari.

IIIaLeggediKeplero:IquadratideitempidirivoluzionedeipianetiintornoalSolesonoproporzionaliaicubideisemiassimaggioridellerispettiveorbite.

NeseguechelavelocitàmediadiunpianetasullapropriaorbitaètantominorequantopiùessoèlontanodalSole.

Figura4.

LeleggidiKeplerodescrivonocompiutamenteilmotodeipianeti,manonnerisalgonoallecause.PerchéipianeticircolanointornoalSole,anzichéallontanarseneinlinearetta?Perchéuncorpoqualsiasilasciatocadereprecipitaalsuolomentrequestononaccadeaipianeti(Terracompresa)chenonprecipitanosulSole?

Igraviincadutaliberaconmotoaccelerato,mapureipianeticostrettiamuoversiintornoalSoleelaLunaintornoallaTerra,provanol'esistenzadiforzecentralichedevianoicorpimaterialidallacondizionedimotorettilineouniforme.Nel1684NewtonfuingradodienunciarelaLeggediGravitazioneUniversale:

duepuntimaterialiqualsiasisiattraggonolungolalorocongiungenteconunaforzadirettamenteproporzionalealprodottodelleloromasseeinversamenteproporzionalealquadratodelladistanza.

Informula,dettem1edm2lemassedeiduecorpi,dlalorodistanzaedFlaforzaagente,siha:F=G(m1m2)/d2,doveGèlacostantediGravitazione(6.67·10-11Nm2/Kg2)

LaLeggediGravitazioneèstatadefinita"Universale"inquantolaforzacheregolalacadutadeigravisullaTerraedilmotodeipianetinelcieloèlastessa.Icielinonsonopiùimperturbatieregolatidaleggidivine,masoggiaccionoalle

stesseleggicheregolanoifenomeniterrestri.Conl'operadiNewton(icuirisultatifuronopubblicatinel1687neiPhilosophiaeNaturalisPrincipiaMathematica)allavisionedelmondochesalvalarealtàmetafisica,sisostituisceunavisionedelmondochedescrivelarealtàattraversoleggifisiche,divaloreuniversale,chehannocomebancodiproval'esperimento.LaStoriacidicechequestopassaggiononfuindolore.

Lascopertadinuovipianeti

LaMeccanicaceleste,chetrattadellacinematicaedelladinamicadelleorbitedeipianetidelSistemasolare,dopoilgrandesviluppodelcalcolodifferenzialelegatoall'operad'illustrimatematici(Newton,Leibniz,Lagrange,Laplace,Poincaré,solopercitarnealcuni)sisviluppòsinoadiventareunadellemassimeespressionidellefisicamoderna.LapossibilitàdideterminareinmodoesattoleorbitedeipianetinelSistemasolarefuunodeimaggiorisuccessidellafisica"deterministica".

Grandeeraperòilgradodidifficoltàlegatoalladeterminazionedeiparametridell'orbitadiunpianeta,seraffrontatoallelimitatezzedeglistrumentidicalcolo.Traipochi"strumentimatematici"adisposizionedegliastronomivieranoletavoledeilogaritmiedellefunzionitrigonometriche.Icalcolidelladeterminazionedelleorbite(maanchequellidelsorgereotramontaredelSoleedellaLuna)richiedevanomesi,senonanni,didurolavoro.Ciòcheoggièpossibileeffettuare(ilcalcolodelleEffemeridi)conunnormalePersonalComputer,soloilsecoloscorsoeraun'autenticasfidaallerisorsedicalcolodeimatematiciefisicidell'epoca.NelsecoloXIX,laconoscenzadelmotodelleorbitedeipianeticonosciuti,daMercurioadUrano,permisediprevederel’esistenzadinuovipianetinonancoraosservatisullavoltaceleste.

DopolascopertadiUranosenedeterminòl'orbitatrovando,nel1830,unadifferenzatraleprevisionielaposizioneveradi20secondid'arcocirca.Dalmomentochelaposizionediunpianetanellasuaorbitanondipendesolodall'attrazionegravitazionaledelSolemaanchedall'azionecombinatadeglialtripianeti,sidiffuseinbrevelacertezzachelaposizioned'Uranofossesbagliata,perchénonsieratenutocontodell'attrazionediuncorpocelestesituatoancorapiùlontanodalSole.

Peridentificarel'oggettocheproducevalaperturbazionesull'orbitad'Uranooccorrevaconoscernelaposizioneincielo;ilcherichiedevalasoluzionediun'enormequantitàdicalcolieffettuatitramitelateoriadelleperturbazioni.AdamsaCambridgeeLeVerrieraParigieseguironoicalcoliperdeterminarelaposizionedelnuovopianetautilizzandoleposizioninotediGiove,SaturnoedUrano.Aquestopuntolamanopassòagliastronomicheandaronoaricercarnelaposizionepredettadaicalcoliteorici.

Laseradel23settembre1846,l'astronomoGallenotòlapresenzadiunastrorelativamentebrillantedovelacartadelcielononriportavanulla.Encke,conilgrandetelescopioequatorialedell'osservatoriodiBerlino,notòcheilnuovocorpoavevalaformadiundiscoechedurantelanottepresentavaunmotosignificativorispettoallestelledifondo.Laposizioneveradelnuovopianetarisultavadistaresolo55'dallaposizioneindicatadaLeVerrieredicircaildoppiodaquellaindicatadaAdams:alnuovopianetafudatoilnomediNettuno.Inseguitosicapìcheselaricercadelpianetaavesseavutoluogoqualcheannopiùtardi,dateleincertezzesullasuaposizioneteorica,difficilmentelosisarebbetrovato.

AllafinedelsecoloscorsoPercivalLowellposemanoalproblemadelleresidueperturbazionidell'orbitadiNettuno.

Inconseguenzadellostudiodiquesteperturbazioni,nel1915sidedusselapresenzadiunpianetadimassaugualea6,5masseterrestriadunadistanzadi42U.A.nellacostellazionedeiGemelli.Contemporaneamenteallostudiodell'orbitadiNettunoneiprimiannidelsecolofuronoquindiesaminatemigliaiadifotografiedelcielopreseneipressidelpianodell'eclitticaalfinedideterminareinmododirettol'esistenzadiunnuovopianeta.

Lowellmorìnel1916esolonel1929furipresalaricercadelpianetanonancoranoto.Nel1930Tombaugh,nelmomentoincuilacostellazionedeiGemellierainopposizionealSole,trovòilnuovopianetaassaivicinoallaposizionedefinitadaLowelleglivennedatoilnomediPlutone.Poichéledimensionieranotroppopiccolerispettoaquellepreviste,rimasepermoltotempoildubbiochesitrattasseveramentedelpianetadiLowell.

Ilprogrammadiricercacontinuòcosìfinoal1943,efuestesoadunavastissimazonadicielomanessunaltroastro(nemmenopiùpiccolodiPlutone)fuscoperto.Nelfrattempol'accumularsideidatisulleposizionidiUranoeNettunopermisediridurreilnumerodelleperturbazionidicuitenereconto.LamassadiPlutone,cheerastataprevistamaggiorediquellaeffettivamentetrovata,vennericalcolatariducendolaadunvaloreinferioreaquellaterrestre.LascopertapoidiunsatellitediPlutonepermiseunapiùcorrettavalutazionedellamassariducendolaulteriormentealvaloredi0,0026MT(masseterrestri).

Ilfattocurioso,inquestafortunataprevisione,èchelamassaeffettivamenteosservatanonavrebbepotutoinnessunmodoinfluenzareleorbitediUranoeNettuno,percuirisultòincomprensibilecomemaiPlutonefossestatotrovatoproprionelpuntoprevistodaLowell.

LeggereilCielo


Home

Introduzione



Ilprincipiodiequivalenza

L'inerziaeilprincipiodiMach

Lospazio-temporelativistico

Conclusioni

Letture


Figura5.

Losviluppoedilsuperamentodellagravitànewtoniana,siebberoagliinizidelXXsecoloconEinsteinelaRelativitàGenerale.Senzaentrareneldettagliodiunateoriafisico-matematicatantocomplessaindichiamoalcunideipuntiprincipalisucuiessaèbasata.Lagravitàèinterpretatacomeeffettogeometrico,inquantolamateriapresentenell'Universodeterminalacurvaturadellospazio-tempo.LeequazionidiEinsteinesprimonosemplicementelarelazionefralacurvaturadaunlatoelamateriaedenergiadall'altro.

Lospazio-tempoèun'entitàaquattrodimensioni(trespaziali+unatemporale)chesostituiscelospazioediltempodellateorianewtoniana.Nonsololospazioediltempononsonopiùassolutimasonopureintrinsecamenteconnessi!Ciòcherendeparticolarmentedifficilequestateoriaèunasortadi"anellodiretroazione".Valeadire:lacurvaturadellospazio-tempoèdeterminatadalladistribuzionedellamateriaedenergiadistribuitanell'Universo,cheasuavoltaègovernatadallacurvaturadellospazio-tempostesso!LateoriadiEinsteindàun'interpretazionedellagravitàcomprensivadellateoriadiNewton,cherimaneperaltrovalidacomecasoparticolareladdovelemassechegeneranolagravità(adesempionelSistemasolare)nonsonotroppograndi.

Ilprincipiodiequivalenza

LeragionicheindusseroEinsteinacostruirelaRelativitàGenerale,sipossonospiegare,neiloroprincipidibase,ricorrendoadegliesperimentiideali.Ilpiùimportanteènotocomel'ascensorediEinstein.

Figure6e7.

TuttiglioggetticadonoalsuoloconlastessaaccelerazioneegiàquestoeranotoaGalileo.Immaginiamooraunascensoreall'ultimopianodiungrattacieloesupponiamochenonvisiaariainesso.Dicolposispezzailcavoportanteelacabinainiziaacadereliberamenteconaccelerazionecostante.Contemporaneamenteunapersonachesitrovanelsuointernolasciacadereunsassoedunapiuma.Laforzadigravitàattraeallostessomodosiaidueoggettichel'ascensore,percuilavelocitàrelativatrasassoepiumaènulla.Inaltreparolesiailsassochelapiumanonarrivanoatoccareilfondodell'ascensore,dalmomentochequest'ultimostacadendoconlalorostessaaccelerazione.L'uomoall'internodellacabinapotrebbequindiabuondirittoaffermareditrovarsiinunazonadellospaziolontanadall'azionegravitazionaledistelleepianeti,dalmomentocheidueoggettilasciatiasestessirimangonosospesiamezz'aria.

Consideriamooralasituazioneopposta:lacabinavienepostainunazonadellospaziodovenonagisconoforzegravitazionali,adesempioinunanavettaspazialeinorbitaterrestre.Supponiamoinoltrechelacabinavenga"tirata"versol'altosempreconaccelerazionecostantetramiteunafunecollegataalsoffitto.Selapersonaall'internodell'ascensorelasciaandarelapiumaedilsassoessirimarrannoalloropostodalmomentochenessunaforzaagiscesudiloro.Ilpavimentoperòsistamuovendoversol'altoe,primaopoi,raggiungeràidueoggetti.Lapersonaall’internodell'ascensore,ignorandolasituazioneesterna,puòcredereditrovarsidentrouncampogravitazionaledalmomentoche,lasciandoandarelapiumaedilsasso,essi"cadono"sulpavimentocontemporaneamente.Lapersona

stessainoltre"sente"ilpropriopesoacausadelpavimentochespingecontroipiedi.

Sipuòquindiaffermareche:glieffettidiun'accelerazionecostantesudiunosservatoresonoequivalentiaquellidiuncampogravitazionaleuniformesullostessoosservatoresuppostoinquiete.InquestoconsisteilfamosoprincipiodiequivalenzaformulatodaEinsteinnel1911.Sonostateeffettuatediverseverifichesperimentalidelprincipiodiequivalenzaeleprincipaliprendonoinconsiderazioneduetipidiesperimenti:labilanciagravitazionaleedilred-shiftgravitazionale.Ilgradodiprecisioneconcuièstatoverificatoilprincipiod'equivalenzaètalmenteelevatodarisultareunodeipilastridell'interafisicamoderna.

L'inerziaeilprincipiodiMach

UnaltrodeitratticaratteristicidellaRelativitàGeneraleriguardal'introduzionedellospazio-tempoelaperditadellapossibilitàdidareunsensofisicoalconcettodispazioassoluto.

LaprimaleggedelmotodiNewtonaffermacheognicorpotendeamantenereilpropriostatodiquieteodimotorettilineouniforme.Lasecondaleggedelmotostabiliscecheognicorpopossiedeun'inerziaespressadallasuamassam,chesiopponeagliagentiesterni(leforzeF)chetendonoadalterareilsuostatodinamicoedafornirgliun'accelerazionea:F=ma).

Adesempioquandopartiamoinautomobile,impieghiamouncertotempoaraggiungerelavelocitàdicrocieraperchéilveicolotendearimanerefermo.Viceversa,sefreniamobruscamente,impieghiamodeltempoafermarcideltuttoperchél'automobiletendeamantenerelavelocitàdicrociera.

LasecondaleggedelmotodiNewtonvaleperòsoloper"sistemidiriferimentoinerziali"chesonoqueisistemiprividiaccelerazione.LaTerranonèunsistemadiriferimentoinerzialeperchéruotasusestessaedintornoalSole.AncheilSoleperònoncostituisceunsistemainerzialeinquantoruotanellaGalassia,elaGalassianelGruppoLocaleecc.Sembrapropriochenonsiriescaatrovareunsistemadiriferimento"fisso",ilcosiddettospazioassolutodiNewton,incuileleggidelmoto(includendoanchelaterzaleggedelmoto,ilprincipiodiazioneereazione)sianoverificateconlamassimaprecisione.

LadifficoltàinerentealconcettodispazioassolutononeranaturalmentesfuggitaalgeniodiNewton,maeglicredettediaverlarisoltaconilfamosoesperimentodelsecchiorotante.Seunsecchiopienod'acquaèmessoinrotazioneattornoalsuoasseverticale,dapprimal'acquarimanefermasenzapartecipareallarotazionedelleparetidelrecipienteelasuasuperficierimaneintatta.Successivamente,manmanochelarotazionedelsecchiositrasmetteall'acqua,questacominciaaruotaremanifestandounrialzamentodellasuperficieliberaalbordoedunadepressionealcentro.Dunqueall'iniziol'acquaruotarispettoalsecchioma"inrealtà"(cioèrispettoallospazioassoluto)èinquieteperchélasuasuperficieèpiana;successivamenteessaèfermarispettoalleparetima"inrealtà"ruotaperchélasuasuperficies'incurva.SecondoNewtonesperimentidiquestotipopermettonodidistingueretramotirelativiemotiassoluti.

BerkeleyprimaeMachpoicontestaronoquestomododivederelecose.Seescludessimolestellefisse,sostenevano,l'acquadelsecchionons'incurverebbemaiescludendocosìlapossibilitàdiindividuarelospazioassoluto.Ilsuccodellororagionamentoèilseguente:noinonpossiamodireseuncorposimuovadimotouniformeosestiafermo,amenoche

nonvisiaunsecondocorporispettoalqualemisurarelavelocitàdelprimo.Questovaleancheperuncorpoaccelerato.Infatti,inassenzadiunsecondocorpodiriferimento,nonsiamoingradodidireseunoggettopercorraunatraiettoriacurvaorettilinea,esevariaomenolasuavelocità.

IlprincipiodiMachaffermache:"lemasselaggiùdeterminanol'inerziaqua".L'inerzia,cioèlaproprietàdiuncorpodicontinuareamuoversidimotouniformefinchénonvienedisturbatodaunaforza,nonpuòessereunaproprietàintrinsecaalcorpo,madeveesseredeterminatadallasuainterazioneconlealtremassedell'Universo;tolteviaquestemasse,anchel'inerziasparirebbeperchénonsivederispettoacosailcorpopotrebbeaccelerareorallentareilsuomoto.

Lospazio-temporelativistico

RivolgendosiaCharlieChaplindopolaprimadiunsuofilmAlbertEinsteinglidisse:"Leièfamosoperchéècapitodatutti,iosonoinvecefamosoperchésolopochimicomprendono.

LateoriadelleRelativitàGenerale,hamostratochepercostruireunsistemadiriferimentoadattoall'Universoènecessariocollegarelospazioconiltempo.Lospazio-tempochenerisultaèaquattrodimensionitredellequalispazialielarestantetemporale.Ognipuntodellospazio-tempoèquindiindividuatodaquattrocoordinatechedefinisconoun"evento".

Quantolavariabiletemposiaessenzialenelladescrizionedell’Universoappareevidentedalfattochenoioggi(inconseguenzadellafinitezzadellavelocitàdellaluce)osserviamooggetti,inquantolontani,vecchidimilioniemiliardidianni.Scrutandol'Universoabbiamosottogliocchiilpassato;tantopiùremotoquantopiùlontanisonoicorpicelestichesiosservano.

Ilprincipiod'equivalenzarappresentailcardine,insiemealprincipiodiMach,sucuiècostruitalaRelativitàGenerale.Inmodounpo'provocatoriosipuòaffermare,seguendoleideeguidadiEinstein,chelagravitànonesiste.L'effettodiunqualsiasicorpomaterialeèquellodi"incurvare"lospaziointornoasé.Tale"curvatura"fadeviareicorpidallalorotraiettoriarettilineaprovocandoinquestomodoquellachenoichiamiamoattrazionegravitazionale.Dueoggettidalpesotantodiverso,comeunapiumaedunsasso,cadonoaterraconlastessaaccelerazioneinquantoessisemplicementesimuovonoinunospaziocurvochedeflettelelorotraiettorieinugualemisura.

Figura8.

Nel1905conl'avventodellateoriadellaRelativitàRistrettafustabilitadaEinsteinun'equivalenza(danonconfondersiconil"principio"diequivalenza)tramassaedenergia

tramitelacelebreformula:E=mc2.Nerisultachelamassaèunaformadienergiamoltoconcentrata;percuiselagravitàagiscesullemassealloradeveagireanchesull’energia.

Vediamocomel'azionegravitazionalediuncorpomassiccio,adesempioilSole,possaesseremessainevidenzautilizzandoletraiettoriedeiraggiluminosi.Supponiamodiscattare,dinottetramiteuntelescopio,unafotodiunazonadelcieloinmododastabilirelaposizionediunaseriedistelleedassumiamoquestecomeleloroposizioni"vere".Cerchiamooradiosservarelestessestelleinundifferenteperiododell'anno,incuiessesitrovanoallaportatadelnostrotelescopio,madigiorno;adesempioduranteun'eclissidiSole!Iraggidilucediquestestelledevonoallora,passandovicinoalbordodelSole,esseredeflessidalsuocampogravitazionale.Questosignifica,esagerandol'effetto,chebisognaspostareiltelescopioinmodochepuntiversoilbordodelSolesebbenelaposizione"vera"dellestellesiaquelladietroilSole.Inaltritermininerisulteràunadifferenzatralaloroposizione"vera"elaposizione"apparente".NelcasodelSolel'effettoprevistodallaRelativitàGeneraleèmoltopiccolo:1,7secondid'arco.ÈproprioquantoSirArturEddingtonriuscìamisurarenel1919verificandoclamorosamentelateoriadiEinstein.

Mercurioèilpiùpiccolodeipianeti"terrestri",checomprendonoancheVenere,TerraeMarte.IldiametrodelpianetaècircaunterzodiquellodellaTerramentrelaquantitàdilucericevutadalSoleè,datalaminoredistanza,circa6,67voltemaggiorediquelladellaTerra.Lasuaorbitaèfortementeinclinatasull'eclittica,caratteristicaquestacondivisasoloconilpianetapiùesternoPlutone;infattilasuaeccentricitàèmoltoelevata(0,2056)percuialperieliolasuadistanzadalSoleèdi46milionidikmmentreall'afeliorisultadi76milionidikm.Ilperieliodellasuaorbitaprecedemoltolentamenteegliastronomidelsecoloscorsoritenevanolameccanicanewtonianainadeguataperspiegaretaleprecessione,arrivandopersinoasospettarel’esistenzadiunaltropianeta(chiamatoVulcano)vicinoall'orbitadiMercurio.SololateoriadellaRelativitàGeneralediEinsteinspiegòtalediscrepanza(di40secondid'arcopersecolo)rinunciandoall'esistenzadiVulcano.Lacorrettaspiegazionedellaprecessionedelperielioèstataun'altraimportanteverificaditalerivoluzionariateoria.

LeggereilCielo


Home

Introduzione



Conclusioni

Letture

Conclusioni

IsuccessieleapplicazionidellaRelativitàGeneralenonsiesaurisconoqui.Distraordinariaimportanzaperlafisicamodernasonoimodellicosmologicichefornisconounavisioneinedita,masoprattuttocompleta,dell'evoluzionedell'interoUniverso.Danondimenticareinoltreleprevisioniteoricheriguardantiglioggetticompattichehannotrovatonell'astrofisicadeglioggetticollassati(nanebianche,stelledineutroniebuchineri)un'importantecontroparteosservativa,maquestiargomentivannobenaldilàdiquestasempliceelimitatatrattazione.

Ringraziamenti:siringrazianoilAnnibaleD'Ercoledell'OsservatorioAstronomicodiBolognaeFrancoZavattidelDipartimentodiAstronomiadiBolognaperlapreziosacollaborazioneoffertanellastesuradeltesto.

LeggereilCielo


Introduzione



Conclusioni

Letture

Letture

*P.Bergmann,L'enigmadellaGravitazione,EdizioniScientificheeTecnicheMondadori(EST),Milano,1978;

*P.Davies(acuradi),LaNuovaFisica,BollatiBoringhieri,Torino,1992;

H.Georgi,Unateoriaunificatadelleparticelleedelleforze,inLeScienze,n154,1981,pp.56-80;

S.Hawking,LameccanicaquantisticadeiBuchiNeri,inLeScienze,n105,1977,pp.38-44;

*J.N.Islam,Ildestinoultimodell'Universo,Zanichelli,Bologna,1988;

T.Kuhn,LaRivoluzioneCopernicana.L’astronomiaplanetarianellosviluppodelpensierooccidentale,Einaudi,Torino,1972;

Y.Ne'Eman,Y.KirschCacciatoridiParticelle,BollatiBoringhieri,Torino,1986.


LeggereilCielo

LaradiazioneelettromagneticaValentinaZitelli

Introduzione

Cennidistrutturadellamateria

Lospettroelettromagnetico

Astronomienonfotoniche

Introduzione

Lalucecheciilluminaduranteilgiornoaltrononècheradiazioneelettromagnetica.Essahaavutounruolomoltoimportanteperlosviluppodelleconoscenzedelnostrouniversograzieatutteleinformazionicheracchiudeeancoraoggi,epocadigrandesviluppotecnologico,èlabasesucuièfondatal'astrofisicamoderna.Tuttelenostreconoscenzeastronomichesonopartitedall'informazionechecihadatolaradiazioneelettromagneticae,inparticolare,daquellapartediradiazionecuil'occhioumanoèsensibileechehapermessodiformulareleprimeleggidellafisica:laradiazionevisibile.

Ilterminelucesottintende,nellinguaggiocomune,quellapartediradiazioneemessadaicorpicelesticuil'occhioumanoèsensibile,maèsolounapartedituttalaradiazionecheciprovienedaglioggetticelestiechesappiamoesseregeneratadallacombustionedeilorocomponentinucleari.Laluceo,meglio,lostudiodellaemissione,dellapropagazioneedell'assorbimentodellaluce,haformatofinoapocotempofauncapitoloasestantedellafisicaefusoloall'iniziodel'900,inseguitoalleteoriediMaxwelleLorentz,chefuchiarochecosalepermettevadiarrivarefinoanoi.Orasappiamochelaluce,perarrivareainostriocchi,habisognodiunmezzochelatrasportiequestomezzoèl'ondageneratadall'alternarsididuefenomenifisici,ilcampoelettricoequellomagnetico,propagatidaunasorgenteluminosa,comepuòessereunastella,unapulsarounquasar.Iltermineradiazioneelettromagnetica,discende,quindi,daifenomenifisicichelaoriginanoeilsuocomportamentoèspiegabilecomeunfenomenoondulatorio.

Malalucenonèl'unicofenomenoondulatorioconcuiabbiamoachefarenellaesperienzaquotidiana,ancheilsuonoarrivaallenostreorecchiepermezzodiunmotoondulatorioeilsegnalediunaradioodiunatelevisioneciarrivapermezzodiun'onda.

Individuiamonell'ondailmezzochepermetteall'energiadiesseretrasferitadaunpuntoaunaltrosenzatrasferimentodimateria.

Macomeavvienequestotrasferimentodienergia?Leleggidellafisicaciinsegnanocheunacaricaelettricainmotogeneraunacorrenteelettricache,asuavolta,generauncampomagnetico.Seilcampomagneticovaria,ancheilcampoelettricovariae,asuavolta,generaunaltrocampomagneticovariabile.Quindicaricheelettricheaccelerategenerano"luce"mentresesonoariposoosimuovonoaunavelocitàcostantenonproduconoradiazione.

Laradiazioneelettromagneticaèrappresentatagraficamentecomeunafunzionesinusoidale,ognisinusoidehadellecresteedellevalli.Definiamolunghezzad’ondaladistanzafraduecresteoduevalli,èmisuratainÅngström(1Ångström=10-10m),mapuòancheesseremisuratacondei

multiplidell'Ångströmcomeilmicron( m),(1 m=10000Ångström)oilcm.Ladistanzafraunacrestaeunavalleèdettaampiezza.Definiamofrequenzailnumerodicreste(ooscillazioni)chepassanoinunsecondoperundatopunto.Diventaintuitivocapirecomelafrequenzasiainversamenteproporzionaleallalunghezzad'onda.Èperòancheimportanteconoscerelavelocitàconcuisimuoveun'onda:lavelocitàsitrovamoltiplicandolalunghezzadiun'ondaperlasuafrequenza.

LeggereilCielo


Introduzione


RelazioneEnergia-Temperatura




Primadicontinuareneldiscorsodellaradiazioneelettromagneticaèopportunodarealcunicennidistrutturadellamateria.LamateriaconcuinoiognigiornoabbiamoachefareechecomponeancheilnostroUniversoècostituitadaatomi.Unatomoècompostodaunnucleodiprotoni(caricheelettrichepositive)eneutroni(caricheneutre)edaunanuvoladielettronicheviruotanoattorno(carichenegative).Incondizioninormalil'atomoèelettricamenteneutro,cioèpossiedeunugualnumerodiprotoniedelettroni,talenumerocaratterizzal'elementochimico.Sel'atomoperdeoacquistaelettronièchiamatoione.Daelementoaelementogliatomisonodiversitraloro,mentregliatomidellostessoelementosonotuttiugualifraloro.Gliatomidiversipossonocombinarsidandoluogoallemolecole,adesempiodueatomidiidrogenocombinaticonunatomodiossigenooriginanolamolecoladell'acqua.Lemolecolepossonoessereomoltosemplici,adesempioformatedadueatomi,omoltocomplessecomequelledelDNA.

Ilnucleocontieneil99%dellamassatotaledell'atomo,percuièestremamentedenso.Lamateriasipresentainquattrostatifondamentali:liquido,solido,gassosoeplasma,intuttequestefasigliatomielemolecolesonoinmotocontinuoecaotico.

Unelementopuòpassaredaunostatofondamentaleall'altrovariandolesuecondizionifisiche,adesempiolatemperaturaolapressione,l'effettodiquestiparametrifisicièquellodiinterveniresulladisposizionedegliatomichecostituisconol'elemento.

Nellafasesolidagliatomiolemolecolevibranoattornoaunaposizionefissa.Sesifornisceloroenergia,aumentalavibrazionedegliatomiodellemolecoleesipassaallefaseliquida.Aumentandoancoraenergia,sipassaaunafasegassosa.Seaumentiamoancoral'energia,lemolecolesidissociano,manonsoloesse,anchegliatomisiseparanodailorocomponentiesipassaallostatodiplasma:unasortadigasformatodaioniedelettroniliberi.Ilplasma,quindi,nonèelettricamenteneutrocomegliatomi.Ancheselostatodiplasmanonècomunementetrovatonellaesperienzaquotidiana,lotroviamoinabbondanzanell'Universo.

RelazioneEnergia-Temperatura

Dopoquesticennidistrutturadellamateria,peranalizzareilmodoincuiavvieneiltrasportodell'energia,dobbiamorifarcialmodelloatomicodiBohr:unnucleocentraleconelettronichegliruotanoattornooccupandozonedefinitedetteorbitali.L'energiapossedutadaunelettronedipendedall'orbitaledoverisiede,sel'elettronesispostadaunorbitaleaunaltrolasuaenergiacambia.Ogniatomoècaratterizzatodaorbitalibenprecisipercuiunsaltodiun

elettroneadaltrilivellidiorbitalipuòcorrispondereaunostatodiequilibriononstabile.Inquestocasol'elettronetendeapassareaunaconfigurazionestabile,cheingeneraleèaminorenergia,emettendol'energiaineccessoinquantitàdefiniteetuttemultiplediunaquantitàdettafotone.

L'energiadiunfotone(E)èproporzionaleallafrequenzadioscillazionedellacarica( )cheloemettesecondolarelazioneE=h dovehèlacostantediPlanck.

L'unitàdimisuradell'energiadeifotonièl'elettronvolt(eV)cheèdefinitocomel'energiaacquisitadaunelettroneliberoacceleratodaunadifferenzadipotenzialedi1volt(V),percui1eV=1.602·10-19Joule.

Poichéunatomoècaratterizzatodalnumerodegliorbitalichepossiedepuòassorbireoemetteresolofotoniconvaloridienergiae,quindi,difrequenzadeterminati,percuiosservareunacertalunghezzad'ondainvecediun'altrasignificarivelareuncertocomponenteinvecediunaltro.

L'esperienzaquotidianaciinsegnachesescaldiamouncorpoquestociriscalda,cioèirradiaepiùloscaldiamopiùirradia.Questoèunesempiodiradiazionetermica.Se,inoltre,talecorpoècompletamenteisolatodalsistemaincuisitrova,diciamochesiamoinpresenzadiunaradiazionedicorponero:mentreglioggetticelestipresisingolarmentenonsonodeivericorpineri,ilcosmonelsuocomplessosicomportacometale.

Oraladomandaè:comeèlegatal'energiadiuncorpoallasuatemperatura?LarispostaèdatadaStefaneBoltzmannconlarelazione ,essendo lacostantediStefan-Boltzmann.Comesidistribuiscequestaenergianellevariefrequenze?Lafigura1cimostral’andamentoditaleenergia.Sichiamadistribuzionedicorponeroevediamochel'energiahaunvaloremassimoaunabenprecisalunghezzad'onda.QuestomassimocorrispondeavaloritipicidellatemperaturasuperficialeTdelcorpoinesame.Vediamoancorachetuttiivalorimassiminoncorrispondonoaunastessalunghezzad'onda,masidispongonolungounacurva.TaleandamentoèdescrittodallaleggediWienchelegalatemperaturasuperficialeTalvaloremassimodilunghezzad'ondasecondolaformula =0.51/T.QuestaleggespiegaperchéilSole,chehaunatemperaturaTdicirca6000°C,emettenellabandaottica.

Figura1.Inascissalalunghezzad'ondainmicron,inordinatal'energiainunitàarbitrarie

Latabella1mostralarelazionefral'energiadiciascunfotoneelafrequenzadiappartenenzanellebandeincuièsuddivisalaradiazioneelettromagnetica.Sipuòvederecomel'energiadiquestifotonivaridaparecchimiliardidieVaunafrazionedieV.

LarelazioneEnergia-Temperaturaèvalidaincasodiequilibriotermico,perquestomotivolaradiazioneèdettatermica,cioèdipendentesolodallatemperaturadelcorpo

cheemette.Nellepartiestremedellospettroelettromagneticoletemperaturesonotroppoalteperpoteresserespiegateconemissioniditipopuramentetermico,percuisièricorsialconcettodiradiazionenontermicailcuiprocessopiùcomuneinastronomiaèlaemissionepersincrotroneoppurepereffettoCompton.Taliemissionisonocausatedaelettroniliberichesimuovonoavelocitàrelativistichepereffettodicampimagnetici,leenergierichiesteperaccelerarequestielettronidevonoesseremoltoelevate,questospiegalaprevalenzadiquestotipodiemissionenellepartiestremedellospettroelettromagnetico.

Tabella1.Lospettroelettromagnetico

Latabella1haintrodottoinmodoimplicitoilconcettodispettroelettromagnetico:l'insiemedellaradiazioneelettromagneticadistribuitaintuttelesuelunghezzed'ondaechegliastronomihannoraggruppatoinbande.Daquantoèstatodettoprecedentemente,orasappiamochetalibandesidifferenzianoperladistanzadellecrestedell'ondachesiforma,tuttesimuovononelvuotoallastessavelocità,l'unicacosachelecontraddistingueèlafrequenzaeilprocessofisicochegeneraifotoni.

Figura2.

Quindistudiareoggettiallevarielunghezzed'ondasignifica

studiarecaratteristichediversedellostessooggettoovedereoggettidiversi.Lafigura2evidenziabenequestopuntoconalcuneimmaginidiAndromedaottenute:

a)colfiltroblu(4500Å),unasottobandadellabandaottica:sivedonostelleblueleregionipiùbrillantidiidrogenoionizzato(regioniHII)chedannounavisionediinsiemedellagalassia.b)conosservazioniradioastronomicheinrigaa21cm:sivedeidrogenoneutro(HI)confinatoneibracciaspirale.c)conosservazionia60 m,unasottobandadell'infrarossoosservatadallospazio:mostralaradiazioneingranpartedovutaapolvereinterstellarescaldataa30-40gradiKelvin.Questapolvereètendenzialmenteconcentrataneibraccidellagalassia,manetroviamotracceanchenelsuonucleo.d)conosservazioniinbandaX.Sonomostratecirca80sorgentidistintecheoriginanol'emissioneintalebanda.Moltoprobabilmentesonooggetticompatticomerestidisupernovae(stelledineutronioblackholes)onanebiancheinsistemibinaricontemperaturediparecchimilionidigradi.Conquestaimmaginenotiamochesiperdelavisionegeneraledellagalassiaperdistingueresoloquellezonecheemettonointalebanda.

LeggereilCielo


Introduzione



Labandaradio

Astronomiainfrarossa

Ultravioletto

XeGamma

Labandaottica:ilseeingastronomico



Nelsuocomplesso,lospettroelettromagneticoèunintervallocontinuodilunghezzed'ondachevada0ainfinito,magliastronomihannodivisolospettroinbandeinquadrandocosìogniintervallodilunghezzad'ondainunabenprecisabrancadiricerca,percuiabbiamolaradiazioneGamma( )cheèquellaapiùcortalunghezzad'onda,poilaradiazioneX,quellaUltravioletta(UV),l'Ottica,l'Infrarossa(IR)e,infine,quellaRadioalunghezzad'ondapiùlunga.IvalorichecontraddistinguonoiconfinidellediversebandesonopocodefinitiepossonodifferireanchedicentinaiadiÅngström,tantocheadesempiolabandaradioallesuepiùcortelunghezzed'ondasiconfondeconl'infrarossoeletecnicheosservativesiidentificano.

Labandaotticarisiedeinunazonamoltolimitatarispettoatuttoildominiodellospettroelettromagnetico,mainsiemeconlaradiazionenellabandaradio,èl'unicachenonèasssorbitadall'atmosferaterrestre.Lapartediradiazionecheèassorbitahadovutoattendereilprogressotecnologicoelosviluppodellatecnologiaspazialeperdareinformazionidiunacertarilevanzascientifica.Vediamoinparticolareognibandadellospettroelettromagnetico.

Labandaradio

Labandaradioè,insiemeconlabandaottica,osservabiledastrumentipostiaterra.Igasdellabassaatmosferaassorbonolelunghezzed'ondapiùcortedi1mm,mentrelaionosferariflettelaradiazionepiùlungadi30m,questofattohapermessolatrasmissioneoltreoceano,maha

http://www.bo.astro.it/universo/letture/webcorso/webleggere/zitelli/ze3n.html#avendo

http://www.bo.astro.it/universo/letture/webcorso/webleggere/zitelli/ze3n.html#abbiamo

limitatol'espansionedellaradioastronomiaalunghezzed'ondamaggiori.Ondedivaloreintermediofra1mme30m,chedefinisconolabandaradio,possonopenetraresialaionosferachelabassaatmosfera.Acausadellafacilitàdicomunicazione,oggil'interabandaradioècontaminatadallefrequenzeusatedaimediapiùcomunicomeradio,televisioneoaltrisistemiricetrasmittenti.

Glistrumenticapacidirivelaretaleemissioneradiosonoiradiotelescopi.Ogniradiotelescopioèprogettatoperlavorarealunghezzed'ondaspecifiche,comeadesempioilLowellTelescope(76m)aJodrellBankchelavoraacortelunghezzed'onda,oquellodiCambridgeformatoda1000dipolichelorendonomoltopotenteecapacedirivelaresegnalideboli.

L'astronomiaradioharivelatosorgentidinaturaextragalatticamoltoenergetiche,comeradiogalassieequasar.Harivelatol'esistenzadimolecolepresentinelmezzointerstellare:atutt'oggisonostatetrovatepiùdi60molecole,tutteconfinatefralarigaa21cmeilmillimetrico,fraquestesonodacitareilmonossidodicarbonio,l'ammoniaca,laformaldeide,ilmetanoloemolecoleorganicheestremamentecomplesse.Labandaradiohaancherivelatol'emissionedell'idrogeno,magliatomidiidrogenoneutrochepopolanolospaziointerstellarenellanostragalassiaecheoriginanolaradiazionea21cm,potrebberoessereresiduidiradiazioneprimordiale,questohamotivatoillanciodiCOsmicBackgroundExplorer(COBE):unsatellitelanciatoperanalizzarelaradiazionecosmicadifondooriginatadalBigBang.

Astronomiainfrarossa

Laregioneinfrarossacoprelospettrofra1 me1000 m,maillimitetradizionaleèpostofra1.1e350 m.IlnostroSoleproducemoltaradiazioneinfrarossa,manonèconsideratofralemaggiorisorgentiditalebanda,lasuaabbondanzaèdovutaallavicinanzaallaTerra.GliastronomisuddividonoulteriormentelabandaIRindifferentiregioni:

Illontanorossoèunaestensionedellabandaotticaepuòessereosservatocontelescopiinfrarossicollocatiaterra,ilrestodellabandaèingranparteassorbitodalvaporeacqueodell'atmosferaedalbiossidodicarbonio.Caratteristicacomunedituttequestesottobandeèchetaleradiazionepuòpenetrarelapolverecheoscuralavistadeglioggettidistanti.Talepolverehacircalestessedimensionidellalunghezzad'ondanelvisibileelasciapassareradiazionedilunghezzad’ondamaggioredellelorodimensioni.Grazieaquestaradiazionesisonomostratezonedigrandeattivitàeformazionistellariricchedipolveriemateriainterstellare.VicinoIR:hapochefinestrevisibilidaterraeaccessibilidatelescopipostiinaltamontagna.Comecimuoviamoversolelunghezzed'ondamaggioriloscenariocambianotevolmente.Glioggettivisibilisononettamentepiùfreddidiquellidellebandealunghezzad'ondainferiore.Nell'intervallofra1e4 mlatemperaturaèfra1000e2000gradi.MedioIR:èdovutoallaemissioneperriscaldamento.Quipotremmovederestelleancorapiùfredde,attornoa100gradiKelvin,manonconosciamostellecosìfreddeeriveliamolapolverepresentevicinoaicorpicelesti.IlsatelliteIRAShaportatoconoscenzesulladistribuzionedipolverenellaViaLatteaeinaltregalassie.Lapolvereinterstellareassorbelalucedellestellevicineesiriscaldafinoaraggiungeretemperaturedialcunedecinedigradi.L'energiaassorbitavieneriemessaehailmassimonell'IRlontano.LontanoIR:ètotalmentenonosservabiledaterra,edèstatoaccessibilesoloinseguitoailancispaziali.Èinlargamisurainesplorato,rivelaununiversoattornoa

zerogradiassolutiditemperatura.Submillimetrico:èinunazonaintermediafralabandaradioequellaIR.Èfacilmenteassorbitodalvaporeacqueopresentenellabassaatmosferapercuiitelescopichelavoranoinquestabandasonopostiinaltamontagna.

Ultravioletto

TaleradiazioneèprodottadalletransizioniatomichedeglielettroniappartenentiagliorbitalipiùesterniedasorgentitermichecomeilSole,talebandahalunghezzed'ondainferioria3100Ångström:circaledimensionidiunvirus.

L'UVèinpiccolaquantitàbeneficoall'uomoperchéfissalavitaminaDnelleossa,mauneccessodiquestaradiazioneèdannoso.Ilsuonaturaleschermoèl'ozono(unaformapococomunediidrogeno).L'ozono,chesiestendeinmanieracontinuasututtalabandaottica,ètrasparenteallalucevisibile.EssoassorbelaradiazioneUVinmodoefficace.Questofattosièmostratoessenzialeallaformazionedellavita,ma,percontro,haostacolatol'astronomiachehadovutoattendereiprogressitecnologiciel'avventodell'eraspazialeperportareitelescopialdisopradellostratodiozono.Vadettoche,mentreperleastronomiepiùtradizionali,compresol'IRvicino,èsufficientecollocareitelescopiinaltamontagna,chideveosservareinUVhapiùproblemiperchélostratodiozonosiestendeper3ordinidigrandezzasopraillivellodelmare,neancheilmonteEverestrisulterebbesufficientealloscopo.Ilprimotelescopiochehalavoratoinquestabandaèstatolanciatosupallone,quellisuccessivisonostatimessiinorbitepiùaltetramiterazzivettore.

Laricercachesipuòaffrontareconquestitelescopièlostudiodeglioggettipiùcaldiquindi,seguendoicriterievolutivi,sivedonooggettigiovani.Nell'estremoUVsivedonooggetticontemperaturetipichedi100.000gradiKelvin.MalesorpesemaggiorisonostateottenutedaEUVstudiandoinucleidigalassieattive,questegalassiehannomostratouncentropiccoloebrillantecheproducequantitàdiondedidiversotipolacuiprovenienzaèstataattribuitaaundiscodigasinunbuconero.

XeGamma

PuravendoleradiazioniXeGammaaltopoteredipenetrazione,sonoassorbitedagliatomiedallemolecolepresentinell'altaatmosfera.IraggiXsonoprodottidalletransizionipiùinternedegliatomiodalledecelerazionidiparticellecarichecomeelettroni,sonoradiazioniprevalentementeditiponontermicoesonogeneratedagassuperiscaldatodaeventiesplosivipresentiinstelleoquasar.Lalunghezzad'ondaXcorrispondealladistanzatragliatomideisolidi.Èlastessaradiazioneusataincampomedico.

IraggiGammasonoleradiazionielettromagnetichepiùpenetrantiepiùenergetichedituttolospettroelettromagnetico.Unaesposizioneprolungatapuòavereeffettidannosisulcorpoumano.Sonoradiazionichepossonoessereemessenelletransizionidiunnucleoatomicodaunostatoaunaltro,percuiinastronomiasonoindicatoridicertiprocessinuclearicheavvengonoinoggetticelesticomepulsaroquasar.LapartediradiazioneGammaapiùcortelunghezzed'onda(alteenergie)trasportatantaenergianell'altaatmosferadaprodurreburstdiluceCerenkovchepuòessererivelatadatelescopicollocatiaterra.Leradiazionigammapiùenergetichecheoggisiconosconononsonoquelleprodottedall’uomotramitelecentraliatomiche,maquelledioriginenaturalecioècosmica.

SatellitiXcomeROSAT,EINSTEINeSkylabhannostudiatosorgentidallacoronasolarefinoarestidisupernovaebuchineri.IlsatelliteCOS-BeilComptonGammaRayhastudiatopulsar,nubidigasinterstellarebombardatodaparticellesubatomicheadaltavelocitàeilnucleodigalassieattivedistanti.

Labandaottica:ilseeingastronomico

Abbiamodefinitooperativamentelucevisibilequellapartediradiazioneelettromagneticacuil'occhioumanoèsensibile.L'emissionedilucevisibileèparticolarmenteprobabilequandoglielettronichecompionoletransizionisonoquellicherisiedononelleorbiteesterne.LasorgentepiùfamiliaredilucevisibileèilSole,ma,puremettendoprincipalmenteinquestabandaconunpiccoattornoai5500Å,nonèfralesorgentipiùpotenticheconosciamo.

ImediaeInternetcihannoabituatoavedereimmaginiottichespettacolari,soprattuttoinseguitoaltelescopiospazialeHubble.Perchéleimmaginidallospaziorisultanopiùnitidediquellecheotteniamoconitelescopidaterra?Checosaostacolal'acquisizionediinformazionidapartedeitelescopidaterra?Èl'atmosferaterrestreche,conlasuaturbolenza,costituisceunserioostacoloalleosservazioniastronomiche.Questoperchéun'ondaelettromagnetica,nellafasefinaledelsuopercorso,primadiarrivarealtelescopiodeveattraversareglistratichecompongonol'atmosferaeche,normalmente,hannounmototurbolento.L'effettoèquellodidiminuirelanitidezzadell'immagine,piùomenouneffettosimileloabbiamoquandoosserviamoifondalidiunfiumedovescorredell'acqualimpida.Ilrisultatoèequivalenteaunariduzionedellaqualitàotticadeltelescopioilchevanificaicostiaffrontatinellasuarealizzazione.Diventamoltoimportantequindilostudiodelsitoedell'atmosferasovrastanteilsitoastronomico.Direcenteastronomiefisicidell'atmosferahannoiniziatounostudiopercapirequaliparametrimeteorologiciinfluenzanoiparametriatmosferici,inmododapoterprevederelaqualitàdell'immagineotticarisultante.

UnmododisuperareilproblemaèstatoottenutocoltelescopiospazialeHubbleche,puravendounospecchiodi2.4mdidiametro,stapermettendoosservazionimaieffettuateprimad'ora.Talesoluzioneperòèmoltocostosapercuièancorapiùconvenientecercaredicostruiretelescopisullaterraestudiaresitiparticolarmenteadattidovecollocarli.

Talestudioèabbastanzarecente,partitoneglianniSessanta,haavutounimpulsoneglianniSettantaconlateoriadellapropagazionedelleondeelettromagneticheinunmezzoturbolentoqualeèl'atmosferaesistadimostrandopromettentemostrandoimmaginisempremigliorienitide.

LeggereilCielo


Introduzione





L'astronomiamultibandaharivelatouncosmochenonciaspettavamo,alleondecorteilcieloèdominatodaoggettialtamenteenergeticiedalgassupercaldoinclusterdigalassie.L'astronomiaultraviolettahamostratonuoviaspettidioggettichecredevamodiconoscere.Itelescopiinfrarossihannorivelatozonedovepossononascerelestellementreconiradiotelescopipossiamoosservarerestidiesplosionidisupernovae,nubidielettroniemessedagalassiedistantiequantorestadellaradiazioneprimordiale.Mamoltioggetticelestipossonoemettereanchesottoformadialtritipidienergia:peresempiounastelladoppiamassivacimandaondegravitazionali.Èpresumibilepensarechel'energiagravitazionalesiaquantizzatacomel'energiaelettromagneticae,persimilitudine,chiamiamogravitoneilquantoenergetico,cosìcomechiamiamofotoneilquantoelettromagnetico.Questabrancadell'astronomiaèancorapionieristicaperchétrattaenergiemoltodifficilidarivelareacausadellaconcorrenzadellaforzagravitazionaleterrestre,inoltrel'ondagravitazionaleècontinuamentedeviatadallagravitàdeglioggettiincontratilungoilsuopercorso.

Esistonopoileondeacusticheomagnetodinamichegeneratevicinoallasuperficiesolareechesonotrasmessedallacoronasolare.

Allaradiazioneelettromagneticasiaffiancalaradiazionecosmica:èunaradiazionedovutaaparticelleconmassadotatadialtissimaenergiachegiungesullaterradalcosmoelacuioriginenonèancorachiarita.Sostanzialmentelaradiazionecosmicaèformatadaunaradiazionedettaprimaria,compostadanucleidiidrogeno(H94%)edelio(He5.5%)congrandeenergia(finoa1021eVperparticella).Perdareun'idea,èl'energiadiunapalladatennischeviaggiaa100Km/h,maconcentratainunsolonucleoatomico.Taleradiazioneciarrivainminimaparteperchéfrenatadalleinterazioniconicomponentidell'atmosfera,questiprocessidannoorigineaparticellediminorenergiachecostituisconolaradiazionecosmicasecondaria.IraggicosmicisonoparticellediprotoniedelettronichesimuovonoavelocitàprossimeaquelladellaluceecheprimadicolpirelaTerrapercorronodecinedimilionidiannidispazio.Sonodiinteresseastronomicoinquantolaloroorigineèconnessaaifenomenipiùenergeticichesimanifestanonell'universo.Laloroenergiasicollegaafenomeniesplosiviinstelleegalassielontane.Vièunadifferenzafondamentalefraluceeraggicosmici:laluce(cometuttalaradiazioneelettromagnetica)viaggianelvuotoinlinearetta,iraggicosmici,essendoparticellecariche(nucleiatomici),sonocontinuamentedeviatidaicampimagneticicheincontrano,percuièpersal'informazionedelladirezionedacuiprovengono.L'unicainformazionedirettaèottenibiletramitelarivelazionediraggigammaodineutriniprodottidallainterazionedeiraggicosmicistessi.Quindi,l'astronomiagammaeneutrinicadialteenergie

rappresentanodueimportantistrumentidiindaginesullanaturadeiraggicosmici.

Inultimo,fraleparticelleincludiamoancheineutrini,accennatisopra.Lalororilevazioneèpiuttostocomplessaperchépossonoattraversaretranquillamentequalsiasimezzo.

LeggereilCielo

Lerelazionidell'astrofisicaBrunoMarano

Introduzione

Lamisuradelladistanzadellestelle

Sipuòmisurarelaluminosità"reale"dellestelle?

Sipossono"pesare"lestelle?

Sipuòmisurarelatemperaturadellasuperficiedellestelle?

Lerelazionitramassa,luminositàetemperaturadellestelle

Vitadellestelle

Introduzione

L'intuizionechelestellesianoaltrettanti"Soli",menoappariscentidelnostrosoloperchépiùlontani,emergeediventaunachiavediinterpretazionedelcosmonell'operadiGiordanoBruno.Trasformarequestaintuizioneinquellacheèunacertezzascientificainsensomodernocomportailsaperdeterminare,indipendentementedallalorotenueapparenza,lecaratteristicheintrinsechedellestelle,attraversoladeterminazionedelleloroquantitàfisichefondamentali.

Diquestelaprima,echiaveperconoscerelealtre,èladistanza.MaperrisponderealladomandaseilSoleèunaditantestelle,ovveroselestellesonotanti"Soli",dobbiamopoterneconoscereeconfrontarelaluminosità,lamassa,latemperaturadellasuperficie.Nelfarquestosicompionoiprimipassiversolacomprensionedellastrutturadellestelle,dellasorgentedellaloroenergia,delprocessodiformazione,vitaemortedellestesse.Cisimuovedaunaconoscenza"geometrica"dell'universoversounaconoscenzafisica.Riprendendounavecchiadistinzione,permoltiaspettiormaisuperata,cisimuovedall'Astronomiaversol'Astrofisica.

Vedremonelseguitoqualisonoicriteri,imetodi,leinevitabiliapprossimazioniesemplificazionicheconsentonolaconoscenzadeiparametrifisicidellestelle.Vedremopoicomeilconfrontotraessipermetteunarudimentale,magiàmoltoistruttiva,costruzionediunoschemadellalorovita:unesempioembrionaledicome,collegandoiparametriempiricitradiloro,siapossibilecostruireun"modellodicomportamento"dellestelle.

LeggereilCielo


Introduzione






Vitadellestelle


Ilprimoproblemachesipone,volendotrasformarel'immaginedelcieloproiettatasullavoltacelesteinunavisionetridimensionale,incuientrila"profondità",èquellodiconoscereladistanzadellesingolestelle.Sitrattadideterminareladistanzadioggettiinaccessibili,attraversounmetododitriangolazione,usatonormalmenteancheinmisuretopografichesullaterra.

Figura1.FiguratrattadaGeographiaeethydrographiaereformataediG.B.Riccioli(1672)(BibliotecadelDipartimentodiAstronomia,UniversitàdiBologna)

Lafigura1mostralalogicadellatriangolazione,utilizzandounanticodisegno,riferitoadalcuniedificisalientidellacittàdiBologna.MisuratiladistanzatraiduepuntiaccessibiliAeB(rispettivamentelaTorredegliAsinelliePortaSanFelice)egliangoliGABeGBA,iltriangoloABGèunivocamentedefinito,eilatiGAeGB,cioèledistanzetrailpuntoinaccessibileG(nellafigurailMontedellaGuardia,notoperilSantuariodellaB.V.diS.Luca)edAeB,risultanodeterminati.Un'analogaoperazioneperverificaèeffettuatasultriangoloBCG,usandocomebaseditriangolazionelacolonnaquadratadelpontesulRenoePortaSanFelice.Èanchechiaroche,alcresceredelladistanzadiGdaAeB,l'angoloinG(detto"parallasse")divienesemprepiùpiccolo,egliangoliinAeBsiavvicinanoprogressivamenteadueangoliretti,finoadivenirneindistinguibili,pereffettodellaprecisionelimitatadellamisura.Ilmetododellatriangolazione,odellaparallasse,trovaquindiunlimite

quandolabasedellatriangolazioneABdivienemoltopiùpiccoladelladistanzadelpuntoG.Neseguelanecessitàdiadottare,perlamisuradidistanzedioggettiesternialSistemasolare,labaseditriangolazionepiùampiapossibile.EssaèfornitadalmotoannuodellaTerraattornoalSole:osservandoilvariaredellaposizioneapparentediciascunastellanelcorsodell'anno(sivedalafig.1dell’articolodiGisellaClementini)sieffettuaunaoperazioneanalogaaquelledescritteprima.Lavariazionediposizione,ricondottaperuniformitàadunabaseditriangolazioneparialsemiassemaggioredell'orbitaterrestre,prendeilnomedi"parallassestellare".Pernessunastellaessarisultamaggiorediunsecondod'arco.AlfadelCentauro,bennotaperessere,conlacompagnaProxima,lastellapiùvicinaanoi,haunaparallassedicirca0,7secondid'arco.Questoequivaleadirecheladistanzadellastellaècirca300.000voltelalunghezzadellabaseditriangolazione,data,comegiàdetto,dalladistanzaTerra-Sole.Adottandocomeunitàdimisuraladistanzapercorsadallaluceneltempodiunanno,AlfadelCentaurorisultacosìdistaredalSolequattroanni-luce.

Latavolachesegueelencaalcunebennotestellediprimagrandezzaelalorodistanzaottenutacolmetododellaparallasse.

Sirio 9a.l.Arturo 34a.l.AlfaCen. 4a.l.Vega 25a.l.Betelgeuse 1400a.l.Antares 522a.l.

Tab.1.Ladistanzadellestellepiùbrillanti

LeggereilCielo


Introduzione






Vitadellestelle


Latavolaprecedentemostracomestellediprimagrandezza,checiappaionoquindidiluminositàapparentesimile,sicollochinoadistanzemoltodiverse.Nevienecheessedevonoavereunaluminositàpropria,intrinseca,assaidiversa.Interminiqualitativi,ilfattocheBetelgeuseappaiadallaterrabrillantecomeArturo,puressendocinquantavoltepiùdistante,èsegnodelfattocheessaènotevolmentepiùluminosa.L'espressionechepermettedivalutarequantitativamentequestoeffettoèbennota:laluminositàapparentediunasorgentedecrescecomeilquadratodellasuadistanza.Esprimendosiinformule,selèlaluminositàapparentediunasorgenteadistanzaD,lasualuminositàreale,intrinsecaLsaràdatada:

L=4 D2l

Pertanto,unavoltadeterminataladistanzaDdiunastellaelasualuminositàcomeosservabiledallaTerral,sipuòottenerelasualuminositàassoluta.

LeggereilCielo


Introduzione






Vitadellestelle


Ricordandocheilpesoèlaforzaesercitatasuuncorpodall'attrazioneterrestre,bisogneràrinunciareaquestaespressioneintuitivaechiedersisesipuòdeterminarelamassadellestelle.

LaleggedigravitazioneuniversalediNewtoncidàunostrumentoperdeterminarelamassadiuncorpoinpresenzadiunsatellitecheorbitaattornoadesso.CosìperiodoedistanzadellaLunapermettonodideterminarelamassadellaTerra,periodoedistanzadeipianetidalSolepermettonodideterminarelamassadelSole.Secilimitiamoaconsiderareorbitecircolari,lamassarisultaespressada:

M=4 R3/(GT2)

doveRèilraggiodell'orbita,TilperiododirivoluzionedelpianetaeGlacostantedigravità.

NelcasodisistemiesternialnostroSistemasolare,l'osservazionedipianetièancoraimpossibile.Peresserepiùprecisi,ètroppoembrionaleperconsentirelemisurenecessarie.

Nelcasodistelledoppie,cheorbitanounaattornoall'altra,invece,ladeterminazionedidimensionieperiodidelleorbiteèspessopossibileeconsenteunavalutazionedellemasseingiocoragionevolmenteprecisa.L'attenzionededicata,nell’astronomia,aisistemidoppiomultipli,èprimariamentedovutaallapossibilitàchequesticiriservanodideterminarneunparametrocosìfondamentalecomelamassa.

LeggereilCielo


Introduzione






Vitadellestelle


Nellinguaggiocomunelamisuradellatemperaturadiuncorpoèassociataall'usodiuntermometroamercurioodiunasondapostiacontattodelcorpostesso.Nelcasodellestelle,ilfattochesianoinaccessibilicostringeaconsideraremetodidimisuramoltodiversi(e,valappenalapenaricordare,letemperatureingiocoimpedirebberol'usodiqualsiasistrumentocompostodisostanzesolideoliquide).Dallafisicasisachelaradiazioneemessadauncorpoportail"segno"dellatemperaturadelcorpochel'haemessa.Cosìcorpiatemperaturetipichedell'ambienteterrestreemettonoradiazioneinfrarossa;corpiatemperaturadi700-1000°Cinizianoademetterepartedellaradiazionenelrosso(perquestolebraciardentiappaionorosse).Alcresceredellatemperaturalaluceemessaèprogressivamentedominatadalrosso(2000-3000°C),dalgiallo(5000-6000°C),dalbianco/blu(10.000°C)epiùoltredall'ultravioletto.

Unaanalisiaccuratadellospettrodellalucediunastella,basatasulladecomposizionedellalucestessaneisuoicolori,permettedideterminareunindiceche,mutuandounaespressionedalparlarecomune,èchiamato"colore"dellastella.Questoindividualatemperaturadellastellastessaconragionevoleprecisione

Latabellaseguenteelencaletemperaturedialcunebenconosciutestellediprimagrandezza,ottenuteconquestometodo.

Temperaturestellari Rigel 20.000°CVega,Sirio 10.000°CSole,AlfaCen 6.000°CArturo,Aldebaran4.000°CBetelgeuse 3.000°C

Tabella2.

LeggereilCielo


Introduzione






Vitadellestelle


Unavoltaottenuta,peruncampionerappresentativodistelle,unadeterminazionedimassa,luminositàetemperatura,èpossibileverificareche,pertuttelestellechehannounavita"stabile",questetrequantitàsonostrettamenteconnessetraloro.Consideriamo,infig.2,larelazionetramassaeluminosità.Èimmediatoconstatarelaforteinterdipendenzatramassaeluminosità:stellediugualmassahannoanche,conminimevariazioni,ugualluminosità.

Figura2.

Unanalogodiagramma,notocolnomedidiagrammadiHertzsprung-Russell,rappresentalarelazionetratemperaturaeluminosità(Fig.3).Analogamenteaquantoaccadeamassaeluminosità,ildiagrammadiH-Rmostraunastrettadipendenzatratemperaturaeluminosità(e,diconseguenza,tramassaetemperatura).

Figura3.DiagrammadiHertzsprung-Russell(daRichardM.West(Ed.)Understandingtheuniverse.Reidelpublishingcompany,1983).

Unastelladiunacertamassaha,forzatamente,unadataluminositàeunadatatemperatura.Lestellerisultanoessere,nellastragrandemaggioranza,sistemidotatidiunequilibriointernorigidissimo.Nonèunasorpresa:questaestremastabilitàeinterdipendenzadellecondizionifisicheèciòchehaassicurato,nelcasodelSole,lacostanzadelflussodienergianell'arcodimiliardidiannieconsentitoilsorgeredellemolecolecomplesseedellavita.Sel'emissionedienergiadapartedelSolefossesoggettaavariazioniimportanti,sarebberomancatelecondizioniperilformarsidellavitaomancherebberoquelleperilsuomantenersi.

Pergiungereaquestoimportanterisultatononabbiamodovutofarusodialcunaconoscenzadellastrutturainternadellestelle.Essoderivainmododirettodall'osservazionediuninsiemedistelle,interpretataattraversopocheleggifisichefondamentali:gravitazioneuniversale,conservazionedell’energia,fisicadellaradiazioneelettromagnetica.

Unapiùattentaletturadellafig.2cifornisceunaltroimportanterisultato,chepossiamoutilizzarepercostruireunmodello,rudimentalemaefficace,di"comportamento"dellestelle.Mentrelamassadellestelleconsideratevariadacirca0,1massesolaria20massesolari,laluminositàdellestessevariada0,0001a1.000.000diluminositàsolari:unastella10voltepiùmassicciadelSoleèben1000voltepiùluminosadelsolestesso;unastelladimassapariaundecimodellamassadelSoleè1000voltemenobrillante.Laluminositàdipendestrettamentedallamassa,manonèproporzionaleadessa,quantoallasuaterzapotenza:

L M3

Cumulandoinunastellaunamassamaggiore,ilprocessodiproduzioneeemissionedell'energiaprodottaall'internorisultamoltoaccelerato.Lostudiodellastrutturainternadellestelleedeiprocessidifusionenuclearecheavvengononellaregionepiùinternadiessedàragionediquestorisultatoosservativo.Senzainoltrarciinquestostudio,possiamoperòugualmenteelaborare,subasipiùintuitive,unmodellodi"vita"dellestelle.

Unqualsiasi"combustibile"puòliberareunaquantitàdienergiaproporzionaleallasuamassa(...riempiendoametàilserbatoiodell'auto,avremoadisposizioneperilmotoremetàdell'energiadisponibilecol"pieno"...).Ciòsiapplicaallesituazioniincuil'energiaèottenutapercombustione,perfissionenuclearee,infine,perfusionenucleare.

Quest'ultimocasoèquellochesiapplicaallestelle:inesselatrasformazionedell'idrogenoinelio,chehaluogonell'interno,produceunaenergiaparial0,7%dell'energia(mc2)associataallamassadiciascunatomocoinvolto.

Seassumiamoche,nelcorsodellavitadiognistella,unastessafrazionedellamassatotalesiacoinvoltanelprocessodifusione,potremoalloraappuntoconcluderechel'energiatotaledisponibileEèproporzionaleallamassaM:

E M

SeLèlaluminositàdellastella,cioèl'energiaemessaalsecondo,iltempotdivitadellastellachehaun"serbatoio"totaledienergiaEè:

t=E/L

Componendoletreformuleprecedenti,risulta:

t M/M3

ovvero

t 1/M2

Iltempodivitadiunastella(unaquantitànonosservabilein

mododiretto)decrescecolquadratodellamassa:unastelladiduemassesolarisiesaurisceinuntempoquattrovoltepiùbrevediquantononaccadaalSole.Latavolachesegueesprimeinformanumericaquestorisultatoperdiversemassestellari:inessamassaMeluminositàLsonoespresseinrapportoaquellesolari,itempidivitainmilionidianni.

LeggereilCielo


Introduzione






Vitadellestelle

Vitadellestelle

Stella M L vitaRigel 10 44.000 2107anniSirio 2.3 23 109anni

AlfaCen 1.1 1.4 7109anniSole 1.0 1.0 1010anni

ProximaCen 0.1 0.00006 >1012anni

Tabella3.

Sullabasediquestaricostruzione,lestellepiùbrillantidiunammassocidichiaranoiltempotrascorsodallasuaformazione.AdesempiolestellepiùbrillantidelgruppodellePleiadidenuncianoun'etàdi"soli"20milionidianni:senefosseropassatidipiù,lesettestellepiùbrillanti,visibiliadocchionudo,sisarebberoesaurite,el'aspettodell'ammasso,colmutaredellasuapopolazionedistelle,sarebbemoltodiverso.

LeggereilCielo

LesorgentidienergianuclearenellestelleFlavioFusiPecci

FonteprimariadienergianelSole

Gliattoriprotagonistidellereazioninuclearieleregoledelgioco

Fattoricheregolanoilritmodiproduzionedell'energiaeconchisidevecombattere

Iprocessinuclearipiùimportantinellestelleelanucleosintesideglielementi

Conclusioni


Sebbeneiltemaoriginaledellalezionefosseunadiscussionegeneralesullesorgentidienergianeicorpicelesti,datalaristrettezzadeitempi,cilimiteremoatrattareesclusivamenteemoltosommariamentelesorgentidienergianuclearenellestelle,partendodaalcunesempliciconsiderazionisulSole.

Concalcolinonparticolarmentecomplicatisipuòdimostrarecomenessunasorgentedienergia"classica"possaconsentireunacostanzadiemissionedienergiadapartedelSoleperoltre4miliardidianni,comeimplicanoleevidenzesperimentalisullaTerra.

Sesiconsideranoinfattil'energiatermicaequellagravitazionalesiha,facendoicalcoliperordinedigrandezza,che:

DoveGèlacostantedigravitazioneuniversale,MsolelamassadelSoleeRsoleilraggiosolare.

doveKèlacostantediBoltzmann,TlatemperaturaalcentrodelSole,mlamassadelprotoneeMsolelamassadelSole.

QuestoèilserbatoiomassimodienergiaadisposizionedelSolese,percosìdire,lospremessimocomeunlimoneestraendocompletamentetuttoilsuo"succo".PoichéilSoleinquestomomentohaunaluminositàpariacirca4·1033

erg/sec(cioèemettecomplessivamentequestaenergiaognisecondo),sipuòcalcolareperquantiannipotrebbeaverlofattoaquestoritmosemplicementedividendolacapacitàdelserbatoioperilconsumo.Facendociòsiottieneuntempopariacirca1010secondie,ricordandocheinunannocisono60x60x24x365secondi,cioècirca3·107secondi,siricavacheilSole(basandosisolosuquestesorgentidienergia)potrebbevivereaquestoritmodiconsumoenergeticopercirca108anni,cioèsoloqualchecentinaiodimilionidiannialmassimo,mentresappiamocheèrimastopiùomenocostantenellasuaemissioneperoltrequattromiliardidianni.Evidentementedeveesistereunafontealternativaepiùefficacesullungoperiodo.

Parlandomoltoschematicamente,oggisappiamocheungrammodimateriapuòdifattofornirefinoadunmilionedivoltepiùenergiaseviene"spremuto"tramitelereazioninuclearidiquantosipossaottenere"spremendolopervia

termicaegravitazionale.Dinuovo,conuncalcolofattoperordinidigrandezza,sivedealloracheil"serbatoionucleare"delSoleècirca:

Questoperché,comevedremo,nontuttalamateriapuòesseretrasformatainenergia,masolounafrazioneinferiorealmillesimo.Aumentandoilserbatoiopotenzialedioltrecentovolte,anchelavitadelSolesaleacirca10miliardidianni,diventandocosìcompatibileconleevidenzesperimentali.InoltrequestocidiceanchecheilSole"ènelmezzodelcammindellasuavita".

LeggereilCielo






Conclusioni


Lereazioninuclearifondamentalicheavvengononellestellesononellastragrandemaggioranzadeicasiquellecosiddettedi"fusione"incuidueparticellesiavvicinanofralorofinoaformareunsistemalegato(fondendosi)e,allostessotempo,rilasciandoenergia(pariallatrasformazioneinenergiadellalievediminuzionedellamassatotale)cheverràpoiprogressivamentetrasportatadallazonadiproduzione(ingeneralenell'internodellastella)versol'esterno.L'altrotipodireazioninucleari,lacosiddetta"fissione"incuisiottieneenergiaspezzandoparticellepesanti,è,dinorma,totalmentetrascurabile.Siccomelastragrandemaggioranzadellestellepergranpartedellalorovitasonofattedicircail74%inmassadiidrogeno,il24%dielioemenodel2%restantedituttiglialtrielementi,epoichéidrogenoedeliosonoelementileggeri,èabbastanzanaturaleimmaginarechelafusionesiailmeccanismoallabasedellaproduzionedienergianellestelle.

AquestopropositoèinteressantenotarechelaosservazionechelestellesianofattesostanzialmentediidrogenoedeliocostituisceunadelleevidenzesperimentalipiùfortiasostegnodellateoriadelBigBangcheappuntoprevedelaformazioneprimordialequasiesclusivamentediidrogenoedelioedipochialtrielementileggeri(D,Li,Be,B)inpiccolissimequantità.

Ma,tornandoagliattori,sihacheiveriprotagonistidellereazioninuclearisonoriconducibilialle7particellepercuivengonoelencateleproprietàfondamentaliinTabella1.Comesivedeelettroneeprotonehannocaricheelettricheopposteemassamoltodiversa(ilprotonehaunamassacirca1840voltepiùgrandedell'elettrone),ilpositroneèdifattounelettroneconcaricapositiva,ilneutronehamassalievissimamentemaggioredelprotone,maèneutroelettricamente(equestogliconferisceproprietàmoltoparticolari,comevedremo),ilneutrinoel'antineutrinosono"animalistrani"concaricaelettricanullaemassaariposocertamentepiccola,masconosciuta(forseanchezero),conprofondeimplicazionicosmologiche(anchediquestoparleremoinseguito),ifotoniinfinesonoibennotiquantidienergiaindicatispessoconilnomediraggigamma.

Perchiavessemaggioredimestichezzaconlafisica,vadettochelevarieparticellesonoanchecaratterizzatedaunulterioreparametrochiamato"spin",percuiselospinhavaloreinteroesseobbedisconoallastatisticadiBose-Einstein,seinveceèseminteroobbedisconoallastatisticadiFermi-Dirac.Ciòhaimportanticonseguenzeneltrattamentodellamateriastellareinvariecondizioniedinparticolarequandosivaadaltissimedensità,manonèpossibilequidilungarsioltre.

Comeintuttelesceneggiature,gliattoridebbonomuoversi

edinteragireobbedendoacerteregole.Nelcasodellereazioninuclearileregolebasesono:a)sideveconservarelamassa-energiab)sideveconservarelacaricatotaledelleparticelleingiococ)sideveconservareilnumerodelle"particelle"edelle"anti-particelle"d)sideveconservareilnumerodei"leptoni"edegli"antileptoni"(vediTab.1)e)sideveconservareilnumerodei"barioni"edegli"anti-barioni"(vediTab.1)

Tabella1.Alcuneparticellecheprendonoparteinmoltereazioninucleari.(daAstrophysicalConcepts,Springer-Verlag,1988).

Avendoassuntoquesteregolecomevincologeneralenonviolabile,itipibasedireazioninuclearicheavvengononellestellesono:

I.DecadimentoBetaUnneutrone,comeparticellaliberaocomenucleoneall’internodiunnucleo,può"decadere"dandoluogoadunprotone,unelettroneedunantineutrino

Questareazionepuòavvenirespontaneamente(ilneutroneliberohainfattiunavitamediadisolo8minuti,equestohaprofondeimplicazioninellanucleosintesideglielementi).Maquestareazionepuòancheavvenireinsensoopposto,intalcasosiparladireazione"Betainversa"

II.DecadimentodiunpositroneInquestocasounprotonedàluogoadunneutrone,unpositroneedunneutrino.Taleprocessorichiedeenergia,dalmomentochelamassadelneutroneedelpositroneinsiemeèmaggiorediquelladelprotone

III.Processi(p, )UnprotonereagisceconunnucleodicaricaelettricaZemassaA(=Z+N=numerodiprotoni+numerodineutroni)perprodurreunaparticellapiùmassicciaconcarica(Z+1).L’energiaèliberatasottoformadiunfotone

IV.Processi( , )e( , )Inquestiprocessi,unaparticellaalfa-cioèunnucleodielio,costituitodadueprotoniedueneutroniperformareilnucleopiùstabileinnatura-vieneaggiuntaadunnucleopreesistenteovienedaessoespulsa.L'energialiberatanell'aggiungerelaparticellaalfavieneportatafuoridalfotone.Quellanecessariaperestrarrelaparticellaalfavienesimmetricamenteaggiuntadalfotone.Questotipodireazioneèparticolarmenteimportanteneinucleichecontengonounnumeroparidiprotonieneutroniperchéglielementichesonocostituitidaunmultiplointerodiparticellealfasonofraipiùstabiliedabbondantiinnatura.

V.Processi(n, ),e( ,n)Taliprocessicoinvolgonol'aggiuntaolasottrazionediunneutrone.Ilnucleoemetteoassorbeunfotonepergarantireilbilanciamentoenergeticototale.Hannounruolocentralenellanucleosintesideglielementi&pesanti&epossonoavvenireindiversecondizioni.

LeggereilCielo






Conclusioni


Ifattoricheentranoinballosononumerosiecomplessi,maschematicamentepossonoessereriassuntidicendocheilnumerodireazioninuclearichecoinvolgonodueelementi(1)e(2)èproporzionalea:

a. ladensitànumericadelleparticelleditipo(1);b. ladensitànumericadelleparticelleditipo(2);c. lafrequenzadellecollisioni,cheapropriavoltadipende

dallavelocitàrelativaconcuileduesiavvicinano;d. lacosiddetta"sezioned'urto"delleparticelle;per

capirsiconunesempiomoltorozzo,questovuoledirechepiù"larga"èlaparticellaepiù"vapiano"emaggioreèlaprobabilitàchedialuogoadunurto.

D'altraparteperò,comeabbiamovistoinprecedenza,leparticelleingiocoalmenonellereazionifondamentalisonocaricheelettricamente.Poichéinoltrenellereazionidi"fusionecalda"cheavvengononellestelleamilionidigradi,tuttigliatomisonoionizzati(equindiglielettroninegativisonoliberiedifattoindipendentidainuclei,cioèilgasèunplasma),lafusionedeveavvenirefraparticellechehannolastessacaricaelettrica.Queste,quindi,perlabennotaleggediCoulomb,avvicinandolesirespingono.Inoltre,piùgrandeèlacaricaingioco(cioèpiùnumerosisonoiprotoni-equindipiùgrandeèlaparticella)epiùforteèlarepulsione.Ciòsignificache,perfareavvenirelareazione,bisognasuperarelacosiddetta"barrieracoulombiana".Comesecifosseunmuroo,meglio,comeseavessimodafarerotolareunapallinalungoilfiancodiunvulcano,piùsisaleepiùsifafatica,mafinoaduncertopunto,perchéquandosiarrivaincimacipuòessereunabellasorpresa.Maancheallorchésisuperasselabarrieracoulombiana,l'avventuranonèfinita.Infattibisognavalutarelacosiddettaprobabilitàdiinterazione,cioèlaprobabilitàcherealmenteil"matrimonio"vadaabuonfine.Ciòèfortementedipendentedaltipodiinterazionefondamentalecoinvolta.

Innaturasiconosconoquattrointerazionifondamentalichehannoraggiodiazionee"forza"moltodiversa,talidarenderledominantioirrilevantiasecondadeicorpicheinteragisconoedellemutuedistanze.Insintesiestremaessesonoleinterazioni:

i. FORTE(dettaancheforzadicolore),cheagiscefrai"quarks"elacuicomponentealungoraggioèanchedetta"forzanucleareforte";

ii. ELETTROMAGNETICA,cheregolalainterazionefracaricheelettricheemagnetiche;

iii. DEBOLE,che,fralealtrecose,èresponsabiledelcitatodecadimentoBeta;

iv. GRAVITAZIONALE,cheèinrealtàlapiùdebolefralequattroecheregolailcomportamentodellemasse.

Mentrelagravitazioneel'elettromagnetismohannounintervallodiinterazionepotenzialmenteinfinito,l'effettodellainterazioneforteèristrettoalledimensioninucleari(puressendofortissimaedominantesuquellascala)equellodellaforzadeboleèancheinferiore(quasifosseridottaadunpunto,riguardandolastrutturainternastessadelleparticelle)ma,alivellodellesubparticelle,èassolutamentedominanteefortissima.

Ora,dalmomentochealcunereazioni(vediildecadimentoBeta)implicanoilcoinvolgimentononsolodiinterazionielettromagneticheeforti,maanchediquelledeboli(cheacortissimoraggiodominano),laprobabilitàdiinterazioneèfortementecontrollatadallaloropresenza.

Infine,ilnumerodellereazioninuclearicheavvengonoèfortementeregolatodalladistribuzionedellevelocitàdelleparticelleche,inungasassimilabileinprimaapprossimazioneadungasideale,èdescrivibileconlacosidettacurva"Maxwellianaacampana"dipendentedallatemperatura.Insostanza,aparitàdinumerodiparticelle,piùaltaèlatemperaturaepiùlacampanachedescriveilnumerodiparticelleperintervallodivelociàsispostaconilmassimoversovelocitàpiùalteepopolaviaviaunacodapiùestesaversolealtissimevelocità.Inaltreparole,latemperaturanonèaltrochelamisuradellevelocità[quadratica]mediadelleparticelle:piùcisiagitaepiùècaldo!

Combinandoinsiemetuttiquestifattoricomplessi,macalcolabiliseparatamenteinmodospessosufficientementeaccurato,almenoperlereazionipiùsemplici,siricavailnumerodireazioniperelementicoinvolti1e2pergrammo,persecondo,inognipuntodellastellaaventecomposizionechimica,temperaturaedensitànota.Infondo,quindi,lastellanonèaltrocheunabombaatomicachesiautoregolaenonesplodesenonincondizionieccezionaliefinalidellasuavita.,

Quandosicalcolailcontributocomplessivotramiteunintegralechetralasciamopersemplicità,sivedecheinpraticaleparticellechedannoluogoallastragrandemaggioranzadellereazioni"consuccesso"sonoquellecontenuteinunostrettointervallodivelocitàpercuièaltoilprodottodellaprobabilitàdipenetrazioneperilnumerodiparticelleaventiquellacertavelocità.Talepiccolopicconelladistribuzionedelleparticelle,notoancheconilnomedi"piccodiGamow",èquindiformatodalleparticellechesonoabbastanzaveloci(moltopiùdellamediaingenere)peressereabbastanza"penetrantilabarriera"(cioèavereunasufficienteprobabilitàdipenetrazione)edancoraabbastanzanumerosenelcampionedigasperdareluogoadunafrequenzasignificativamentediversadazeroagliincontri.

Aquestopuntosipuòprestaremaggioreattenzioneallecondizioniditemperaturaedensitànecessarienellereazionidiinteresseperlestelleeallaquantitàdienergialiberata.Intantovadettochelereazioninuclearidiventanopossibilisoloquandoleparticellearrivanoadistanzereciprocheconfrontabiliominoriaquelledelledimensioninucleari,10-13cm.Inoltre,seunocalcolassesemplicementequaleenergia(temperatura)dovrebbeavereilgasperavereconcertezzailsuperamentodellabarrieracoulombiana,sivedrebbefacilmenteche,nelcasodell’internodelSole,sidovrebberoavereoltre10miliardidigradi,mentresappiamochelasuatemperaturacentraleèsolodi10milionidigradicirca.CiòaccadeproprioperchéleparticellechecadononelpiccodiGamowhannounaprobabilitàmoltoinferioredi1disuperarelabarriera,maanchesignificativamentediversada0,percuièunpo’comesefosserocapacidiscavarsiun"tunnel"nellabarrierastessaepassare.

Questifattoricongiuntifannosìchelereazioniprocedanoasufficienza.Ladifferenzafondamentaleconillaboratorioèchementreinlaboratoriovorremmochelareazionefosse

efficienteeveloce(cioècheavessimotantissimereazioniinpocotempoperrenderlavantaggiosaeconomicamente),nellestellenonc'èfrettae"sièintantialavorare".Unareazionechehaunaprobabilitàmoltobassaditrasformaredueparticelleinunsola"selapuòprenderecomoda"edimpiegaremiliardidianniperfarlaavvenire.Perquestolavitadellestelleduratempi"astronomici",perchélereazionifondamentalisonoaltamenteimprobabiliepurtuttaviaavvengonoinnumerosufficienteecontrollatopergarantirestabilitàelungavitaallestelle.

LeggereilCielo






Conclusioni


Ilnumeroediltipodireazioninuclearichepossonoavvenirenellestellesonosvariatissimi.Nonpotendotrattarlitutti,cilimitiamoadiscutereipiùimportanti,elencandolinell'ordinedisuccessioneconcuiavvengononelcorsodellavitadellestelleprototipo.

Quandounastellasiformaedinizialasuaevoluzionecontraendosidallanubeprotostellare,irraggiaenergiagravitazionaleelecondizioniditemperaturaedensitàcentralinonsonosufficientiaconsentirel'innescodireazioninucleari.Allorchélatemperaturacentraleraggiungecircaunmilionedigradi,siinnescanoleprimereazioninuclearicheportanoabbastanzarapidamenteallacombustionedialcunielementileggeripresentiinmodestaquantità,trasformandoliinElio(He3eHe4).Questereazionisono:

incuiH1èilprotone=nucleodell’atomodiidrogenoH,Dildeutone(formatoda1protoneed1neutrone),Lièillitio,Beilberillio,eBilboro.Durantequestafaserapida(finoaqualchedecinadimilionidianni,asecondadellamassa),questielementisonobruciatiovunquenellastellache,fral'altro,ètotalmenteconvettiva,mescolandoquindiconcontinuitàglistratierendendosostanzialmenteomogenealacomposizionechimica.Daunpuntodivistaenergeticototale,questereazionicontribuisconomoltopoco,ancheserivestonounforteinteresseperunaseriediimplicazionisullaevoluzionechimicadellestelle,dellaGalassiae,addirittura,delleprimefasievolutivedell'Universo.

Nelmomentoincuilatemperaturacentraleraggiungecircai10milionidigradi,inizialacombustionedell'idrogeno.Talecombustionecostituiràlafontedienergiadominanteperquasiil90%dellavitatotaledellastella.Essapuòavveniretramitedueprocessidiversienonnecessariamentealternativi.

(a)Ilciclo"protone-protone"(p-p)Adunatemperaturadicirca3·107gradisiinnescailseguenteciclocheportaallafusionediquattroprotoniinunnucleodielio:

Percompletarlo,laprimaelasecondareazionedebbonoavvenireduevolteperfornireireagentiallaterza.Nontuttal'energiacontribuisceallaluminositàdellastella.Infatti0.26Mega-elettronvolt(=1MeV=1milionedielettronvolt)vengonoportatifuoridalneutrinoche,datalasuasezioned'urtotrascurabile(dicirca20ordinidigrandezzainferioreaquelladelprotone),attraversapraticamentetuttoilSolesenzainteragireconnessuno.Intotalequindiperogninucleodielioformatosihauncontributodienergiaparia26.2MeV.

Inquestociclosipossononotaretantecoseinteressantichepermettonodiriallacciarsiaidiscorsifattiinprecedenzaedallacosmologia.Innanzituttoèbeneguardareallereazioninucleariunpo'comesiguardaallereazionichimiche:bisognacioèchetuttii"conti"asinistraeadestradellafreccia"sipareggino",ricordandoleregolebasecheabbiamoelencato.Sesifaquesto,sivedesubitoche,prendendoadesempiolaprimareazionedelciclo,mentreasinistra(doveinteragisconofralorodueprotonicarichipositivamente)sitrattadifattodisuperarelabarrieradirepulsionecoulombiana(enelfareciòcisiavvaledell'effetto"tunnel"descrittosopra),nellapartedestra,comparendounpositroneedunneutrino,oltreallainterazionenuclearefortevienechiamataingiocolainterazionedeboleche,suquestascaladidistanze,èmoltoforteeduradavincere.Perquestomotivoiltemposcaladireazione(cioèl'inversodellaprobabilità)ècosìlungo.Inaltreparole,ètalmenteimprobabilechelareazionevadainportochesolo1ogni14miliardidiincontrivaabuonfine.Questodifattospiegacomemaiitempi-scaladellavitadellestelleregolatadalciclop-psianodell'ordinedimiliardidiannieilcosidetto"tempodireazione"riportatoperlareazione"piùlenta"(=piùimprobabile)controllainsostanzaitempidivitadellastella.

Venendoalneutrino,lacuiproduzioneèinqualchemodocausaedeffettodelleimprobabilitàdellareazione,bisognadiresubitochedacomprimarioèdiventatonegliultimiannisemprepiùilveroattoreprotagonista,ricercatoevezzeggiatocomeunagrandedivadelloschermo.Comemai?Èprestodetto.Tuttostanelcapiresehaononha"massaariposo"ugualeazero.Inaltreparole,ilneutrinoviaggiaavelocitàaltissime,quasicomparabiliconlavelocitàdellaluce,enoninteragendopraticamenteconnessuno,èdifficilissimodacatturare.Seperòlosipotessefermareesitrovasseche,unavoltafermato,avesseunamassadiversadazero,allora,poichéèdifficilissimodistruggerlomentreinmoltissimereazionivieneprodottoinquantitàincredibili,il"mare"dineutriniprodottipotrebbecontribuireinmodomoltosignificativoallamassatotaledell'Universo(costituendo,almenoinparte,lacosidetta"materiaoscura").Comeconseguenza,ladensitàmediadell'Universopotrebbeessereugualeosuperioreaquellacriticae,quindi,provocareintempipiùomenolontanilainversionedellaespansionedell'Universo,portandoloaricontrarsisusestesso,comeinunaspeciedicamminoinversodel"BigBang".

Perquestomotivoèiniziatalacacciaspasmodicaaineutrini(adesempioneilaboratoridelGranSasso,incuisiusailGranSassoperschermareirivelatoridatuttelealtreparticellecheavendosezionid'urtomaggiorevengonointrappolate,mentreineutrinipassano).Purtroppoperquantiaccorgimentisiusinoenonostanteimiliardidimiliardidimiliardidineutrinicheattraversanoognicentimetroquadrodirivelatore(enormivaschediliquidospeciale)ognisecondo,amalapenasene"acchiappa"qualcunoalgiorno,equestobastaaspiegareladifficoltàdell'impresa.Cisichiederà:checosadiconolemisureattuali

alriguardo?Sebbenelemisuredeineutrinisolaridianovaloripariacircaunterzodiquantocisiaspetterebbe(anziinuncertosensoproprioperquesto,perchéciòvieneinterpretatocomeunaconfermacheesistonotretipidineutriniche"oscillano"eche,dalmomentoche"oscillano",debbonoaveremassaariposodiversadazeroeprestarsiallacatturadapartedegliesperimenticlassicisoloperunterzo),moltistudiosiritengonochepossanoavereunamassaariposofra3e10eV(cioèda200milaa500milavolteinferioreaquelladelprotone).Sequestofosseconfermato,vedremmoancoraunavoltacomeleconoscenzesull'"infinitamentepiccolo"consentonodiavereinformazionicrucialipercapirel'"infinitamentegrande"eviceversa.

(b)IlcicloCNO

Tornandoallereazioninuclearidicombustionedell'Idrogeno,sihachetalecombustionepuòavvenireancheattraversounciclomoltodiversoepiùcomplessochecoinvolgealtrielementiechesiinnescaatemperatureunpo'maggiori,intornoedoltrei10milionidigradi(perchélarepulsionecoulombianaèmaggiorecoinvolgendopiùcarichedellostessosegno).

Ilciclocompletoconsistenelleseguentireazioniche,guardateconattenzione,mostranonuovamentecomequattroprotonivenganoallafinetrasformatiinunnucleodielio,esattamentecomenelciclopp-p,seppurepassandoperunpercorsomoltopiùtortuoso.

Inbuonasostanza,inquestociclolacombustionedell'idrogenoavvieneusandocome"catalizzatore"ilC12.L'insiemedellereazionicontieneilcosidetto"ciclodelcarbonio"oquelloancorapiùelaboratodetto"bi-ciclodelCNO"dalmomentochesonocoinvoltisiailcarboniochel'ossigenoel'azoto.Èdanotarechelasecondapartedelcicloavvienecirca4·10-4voltemenofrequentementeperchélacatenaN15(p, )C12è2500voltecircapiùprobabilediquellaN15(p, )O16.Inoltre,neldecadimentodellaparticelladiN13,sihaunaemissionediunneutrinocheportavia0.71MeV.Iltotaledell'energiaprodottaperatomodielioformatoèintalecaso25.0MeV,quindiunpocomenodiquantonondialacatenap-p.Lapredominanzarelativafrailciclop-pequelloCNOètotalmenteregolatadallatemperaturacomesipuòvederenellaFigura1.Abassetemperaturedominalacatenap-p,adaltequellaCNO.IlSolesitrovacircaalpuntodipariimportanzafraiduecicli.

Figura1.

AnchenelcasodelcicloCNOsipossonofaretantenoteinteressantichehannounprofondoimpattosualtriaspettidellaevoluzionestellareedellaastrofisicapiùingenerale.Laprimaèche,coinvolgendoquestacatenatantialtrielementiediloroisotopi(cioèstessonumerodiprotoni,madiversonumerodineutroni),enonessendoitempi(leprobabilità)direazioneugualidareazioneareazione,daunapartecivuoledeltempoprimacheilciclovadainequilibrio(cioètantielementisiproduconoetantivengonodistrutti,etc.),dall'altra,èpossibilechesuunelementoprodottoinunareazioneintermediasiinneschinocatenecollaterali,tramitealtriprocessi,chealteranol’andamentodelcicloelacomposizionechimicarisultante.Inparticolare,questofasìchel'abbondanzarelativadelCNOinunostratoincuiavvienelareazionedicombustionedell'idrogenotramiteilcicloCNOnonrimangacostante,nonostantechelacombustioneprimariasiaquelladell’idrogenoenonquelladelCNO.UnesempiotipicodicuiparleremoinseguitoèquellolegatoalfattocheadesempioilC13puòagiredasorgentedineutroniedareluogoadunacatenamoltodiversa.Seciòavviene,combinandoglieffetti(ancheinunafaseevolutivamoltosuccessiva)dellaconvezione(chemescolaglistratiinteressati)elaperditadimassaperventostellare,ciòpuòportareafareemergerestraticoncomposizionechimicafortementediversadaquella"classica"ditiposolareoprimordiale(dominatadaHeHe).

RimanendoinfineallaconsiderazionedellapartepiùclassicadelcicloCNO,costituitodalleprimeseireazioni,sipuòvederecheessopuòesseredivisoametà:leprimetrereazioniportanodalC12alN14,lesecondetreriportanodalN14alC12,avendoformatounnucleodiHe4ebruciato4protoni.QuestasimmetriamostrainmododirettoedevidenteilruolodicatalizzatoredelC12cheentraall’iniziodelcicloesiritrovaallafine.

(a)Ilciclo3 Quandolafasedicombustionedell'idrogenosièconclusa,perchél'idrogenosièesauritodandoluogoallacreazionediun"core"dielio,lastellasicontraeperaccrescerelatemperaturanellezonecentralifinché,quandoessaraggiungecircai100milionidigradi,siinnescanolereazionidicombustionedell'Elio.Lastellacioèsicomportacomel'uomo:nelmomentoincuisiesauriscelasorgenteprimariadienergia,cercadiusarelacombustionedellescoriedellacombustioneprecedente.Taleprocessoèovviamentemenoefficienteeproduttivo.Tuttaviapermetteallastelladi"prenderefiato"nellasuacorsaversolafine.Inparticolare,possiamogiàanticiparechelacombustionedell'eliofornisceallastellauntempodivitaulteriorecheècirca10voltepiùcortodiquellogarantitodallacombustionedell'idrogeno.Pertanto,rispettoaltotale,unastellaviveinmediafrail5eil10%dellapropriavitabruciandoinmodo

predominante(oavolteesclusivo)elio.

Lacatena"classica"perlacombustionedell'elioèquellaincuitreparticellealfa(cioètrenucleidielio)sifondonoperprodurreunnucleodicarbonio,fornendocirca7MeV.Ilciclo3-alfaconsistein:

Ancheinquestocasocisonodellenoteimportantidafare.Laprimaepiùimportanteèchelaprimareazionedelciclononsolononfornisceenergia,maaddiritturanerichiede.Infattiilnucleodiberillioèinstabileetendeadecaderespontaneamentenelledueparticellealfainiziali.Sistabiliscealloraunequilibriofraleparticellealfaeinucleidiberillioincuilaconcentrazionedelberillioèmoltopiccola,dell'ordinedisolo10-10diquelladelleparticellealfa.Poi,dalmomentocheinveceilberilliohaunagrandissimaaffinità("risonanza")percatturareunaterzaparticellaalfaeprodurreilcarboniocheèinvecestabilissimo,sihachelacatenaprocede,seppurelentamente.

UnulterioreaspettomoltoimportantedanotareechesipuòdedurreecapiredallaFigura1,incuisonomostrateledipendenzedellaefficienzadiognisingolociclodallatemperatura,èilfattochelaefficienzadeitreciclièprogressivamentepiùdipendentedallatemperatura(curvaviaviapiùripida).Questosignificachepiccolevariazioniditemperatura(purchésisiaaldisopradellasogliadiinnesco)dannounincrementomoltopiùgrandedellaefficienzanellereazioni3 eviaviamenonelcicloCNOeinfinep-p.Lettoinmododiverso,questoimplicachelostratoincuiavvienelacombustione3 èmoltopiù"stretto"radialmente(perchéspostandosianchedipocolatemperaturacalael'efficienzacrollarapidamente)diquantononsianellealtrecombustioni.Comeconseguenza,poichésivieneadavereungrandegradientediproduzione/trasportodienergiaprodottasuuntrattomoltopiccolo,sihacomeun"ingolfamento"deltrasportoche(parlandoinmodoassolutamenterozzo)provocal'innescodimoticonvettivi.QuindilezoneincuisihacombustioneditipoCNOesoprattutto3 tendonoadessereconvettive,mentrequelleincuidominailciclop-ptendonoadavereuntrasportodienergiaditiporadiativo(cioèsenzamovimentodimateria,equindimescolamentichealteranolacomposizionechimica).

(b)Catture eprocessisuccessiviAtemperatureancorapiùalte,quandoanchel'elioèesauritoedil"core"sièulteriormentecontratto(mailSolenonciarriveràmaiperchéètroppopocomassiccio),siinnescanoprocessideltipo( , )performareO16,Ne20,Mg24.Comesivededainumeridimassa,questielementicontengonounmultiplointerodiparticellealfa(chevalgono4inquestanumerazioneessendocompostida2protoniedueneutroni)esonopertantoestremamentestabili.Selastellariesceafaresalireulteriormentelatemperaturafinoadunmiliardodigradi(cioèseèabbastanzamassiccia)sipossonoaverealtrereazioniditipo( , )oquelledette"processi-e"(diequilibrio)cheportanoaformaresilicio,zolfo,calcio.Questacatenaterminanelcosidetto"Piccodelferro"(Fe56).Questielementisonoipiùstabiliinnaturaperchélaloromassapernuclideèminimae,moltoschematicamenteseparanoglielementichesipossonoformareper"fusione"dandoenergia,daquellicheinvecefornisconoenergiaper"fissione".

(c)Processi"s"e"r"dovutiaineutroniInunagenerazionedistellechenonsiapuramentecostituitadamateriaprimordiale(cioèunachesisiaformatainunmezzointerstellaregiàinquinatodaglielementipesantiprodottidaunapopolazioneprecedentegiàevolutaoaddirittura"morta"),sipossonoaverealtrereazioni,alcunedellequalicoinvolgonoineutroniecherivestonouna

fondamentaleimportanzanellostudiodellaevoluzionechimicadellestelleedell'Universostesso.Adesempiosihannoleseguentireazioni:

Questereazionisonodistraordinariaimportanzaperché,comesivede,conduconoallaproduzionediunneutronelibero.Ilneutroneèuno"stranosignoresfortunato"perché,daunaparte,avrebbeilgrandepregiodinonaverecaricaelettricaequindidiessereunattoreidealenellereazioninucleari,nonsoffrendodelproblemadidovere"perforare"labarrieracoulombiana,dall'altraperò,soffreilgraveproblemadidecadere,selibero,insolo8minuti.Questovuoledireche,sesivuole"sposare"o"accasare"inunnucleo,olafamoltovelocementeononlofaràpiù.L'unicomodoperaverequinditanti"matrimoni"incuiunodeglisposisiailneutroneèquindiquellodifarela"festa"quandoesistonomoltissimineutroniliberi,adesempioprodottidaunflussocontinuodireazionideltipodelleduesoprariportate.Questineutronisonoinmassimapartecatturatidaglielementipesanti,particolarmentequellidelgruppodelFerro,equestipossonopoiapropriavoltaaccrescersiperdiventareelementiancorapiùpesanti.AdesempioinquestomodosipossonocreareelementipesantiquantoilBi209.Questoprocesso,legatoaneutroniprodottidareazionideltipodiquellecitatesopra,èdovutoaneutronirelativamentepocoenergeticie"veloci"percuiilprocessostessoèchiamatoininglese"slow",dacuiapropriavoltaderivailnomeperglielementiprodottiperquestaviadi"s-elements".Iltemposcalatipicodiquestiprocessièdaqualcheannoaqualchemigliaiadianni,cheèquindimoltocortorispettoaitipicitempinucleari,malungorispettoaidecadimentiBeta.Pertanto,difatto,conquestomeccanismosiriesconoacrearenucleiincuiilneutronevaadaccrescereunastrutturadiperséstabile,mentrenonsiriesconoaprodurreelementipiùcomplessioinstabili.Devepertantoesistereunaviaalternativa.Vaancheaggiuntocheiprocessi-s-diventanoparticolarmenteefficacidurantelafasedigiganterossa,specialmentequandosihannoicosidetti"Heliumshellflashes"cheportanoacomplessifenomenidimescolamentoevariabilitàdellastella.

Unaalternativaaiprocessi"slow"èdatadaiprocessi"rapid"–r-.Inquestocaso,comediceilterminestesso,ineutroniprodottisonoinvecemoltoenergeticie"veloci"e,proprioperchéenergetici,sonoingradodiaccrescerenucleianchepiùpesantiedinstabili,creandoquasituttiglielementifinoramancanti.Talifenomeniavvengonotuttaviaatemperaturedell'ordinedi10miliardidigradieconunflussoenormedineutroni.

Ipochissimialtrielementirestantialdifuoridituttiiprocessicitati,adesempiol'uranioedisuoiisotopiedaltriisotopiricchidiprotoni,vengonoprobabilmenteprodottitramitealtriprocessi,qualiadesempioi"p-processes".Tuttavia,sebbenequestielementiabbianounagrandeimportanzaperlostudiodellaevoluzionechimicageneraledellestelleedelmezzointerstellare,dalpuntodivistaenergeticosonoassolutamenteirrilevanti.

Un'ultimanotapuòessereimportantedaricordare.Tuttiquestiprocessicherichiedonoaltissimetemperatureedensitàdimateriaodi"proiettili"altissimeopeculiariavvengonogeneralmenteinfasievolutivemoltoavanzatee,spessissimo,infasifinaliesplosivedeltipodiquellelegatealfenomenodellaSupernova.Ancheperquestotuttaquestapartedellostudiodellanucleosintesivienedisolitoindicataconiltermine"nucleosintesiesplosiva".

LeggereilCielo






Conclusioni

Conclusioni

Questadescrizionemoltoveloceedinevitabilmenteunpo'superficialeedapprossimativainvariepartidovrebbetuttaviaaverealmenochiaritoalcuniaspetticheforseèbeneriassumeresinteticamente.

a. Lereazioninuclearicostituisconol'essenzadel"motore"chefaviverelestelleperlamaggiorpartedellalorovita,sebbenealtresorgentidienergia(tipolagravitazionale,termica,etc.)possanoavereunaimportanzacrucialeinalcunespecifichefasievolutive.

b. I"combustibilinucleariprimari"sonol'idrogeno(perquasiil90%dellavita)el'elio(perquasituttoilrestante10%).Iprocessinuclearifondamentalisonodi"fusione"e,oltrealleinterazioninuclearifortieaquelleelettromagnetiche,essicoinvolgonospessoleinterazionideboli.Ciòfasìcheilnumerodireazionicheavvengonoperunitàditempoperunitàdimateriasianoregolatedaunacomplessagrigliadiregoleediprobabilitàcheportano,adesempionelcasodellapiùsemplicereazione,p-patempiscaladell'ordinedimiliardidianni.

c. Oltrecheafornireenergia,lereazioninuclearicontribuisconoavariarelacomposizionechimicadeglistratiincuiavvengono.Inoltre,seaciòsiuniscelapresenza(inunaqualunquefaseevolutiva)difenomeniconvettivichevadanoadinteressarezoneincuiavvengonoosonoavvenutereazioninucleari,questoinducerimescolamentievariazionidicomposizionechimicaancheinstratimaiinteressatidallereazioninucleari.Seaquestosiaggiungeinfinelaperditadimassachefaemergerealla"superficie"stratiprimapiùprofondi,sipossonoavereabbondanze"superficiali"profondamentealterateemoltodiversedallecomposizionichimicheinizialioprimordiali.

d. LostudiodelleabbondanzechimicheedeimeccanismidiformazionedituttiglielementiedicomeessivengonoatrovarsistratificatinellestelleodistribuitinelmezzointerstellarecostituisceunodeimezzipiùpotentidiindagineperricostruirelaevoluzionechimicanonsolodellaGalassia,madituttol'Universo,consentendoaddiritturadifaremisureeverifichecrucialiperdiscriminarefraivarimodellicosmologici

LeggereilCielo

LagenesidelSistemasolareRobertoBedogni

Introduzione

Imodellibasatisulla"turbolenza"

Lateoria"mareale"

Leteoriedi"accrescimento"Lateoria"nebulare"diLaplaceeKant

VincoliteoriciedosservativiallacostruzionediunmodellodiformazionedelSistemasolare

Ladatazionedellerocceterrestri,lunariedeimeteoritiel'etàdelSistemasolare

Lamisuradelrapporto

deuterio/idrogenoneipianetigiganti

Ilcontributodelleosservazionidellezonediformazionestellare

LefasidellaformazionedelSistemasolare:unapossibilesequenzadieventi

Lalegge(orelazione)diTitius-Bode

LarelazionediTitius-Bode:legge

Introduzione

Ilproblemariguardantel'originedelSistemasolareèstatoaffrontatoinmodoesaurientesolodopolarivoluzionecopernicanaeladefinizionedelsistemaeliocentrico.

IcontributifondamentalidiCopernico,Keplero,GalileieNewtonnellacostruzionedapprimadelsistemaeliocentricoe,inseguito,dell'interpretazionedeimotideipianetinelSistemasolareallalucedellaleggedigravitazioneuniversale,permiserodidefinireunanuovavisionedel"mondo"comeunsistemacompletoedesaurientefondatosufattifisicienonsupresuppostifilosofici.IprimimodellidiformazionedelSistemasolarecercaronoinnanzituttodirendereconto,inmodoqualitativo,deiprincipalidatiosservativiriguardantileorbitedeipianeti,lecuicaratteristicheprincipalisipossonocosìriassumere:

leorbitedeipianetisonoprossimealpianoorbitaleterrestre;sonopraticamentecircolari(esclusal'orbitadiPlutone,scopertonel1929);ipianetiruotanonellostessosenso,cheèpurequellodirotazionedelSole;ledistanzeeliocentricheobbedisconoallaleggeempiricadiTitius-Bode.

Inoltre,versolafinedelXIXsecolo,ifisiciteoricidedicaronoparticolareattenzionealproblemadelmomentoangolare.IlSolecontieneil99%dellamassadelSistemasolaremapossiedesoloil2%delmomentoangolarepossedutodaglialtripianeti!DallametàdelXXsecololenuoveteorieriguardantilaformazionestellare,insiemealladeterminazionedelleetàdeivaricorpiminori,adesempioimeteoriti,fornirononuovielementidiriflessioneperlenuoveepiùmoderneteoriecosmogoniche.Questoinsiemediconoscenzeportòacostruirediversimodelli:

lateoriadellaformazione"turbolenta";lateoria"mareale";leteoriedi"accrescimento";lateoria"nebulare".

ocoincideza?

Ilproblemadelmomentoangolare

Conclusioni

Letture

LeggereilCielo


Imodellibasatisulla"turbolenza"

RenéDescartes(1596-1650)fuilprimochecercòdidareunaspiegazionescientificadell'esistenzadelSistemasolareecheperprimointrodussel'ideadievoluzione.NellasuaoperaTeoriadeivortici,pubblicatanel1644,Descartesavanzal'ipotesichel'Universosiacostituitodamateriaedetereesiapienodivorticididiversedimensioni.Nonèperòchiaroilmeccanismofisicotramiteilqualedai"vortici"sisianopoiprodottiipianeti.Infatti,ilmodelloèsoltantoqualitativoedunadellemaggioriobiezionicheglisipuòrivolgereriguardailfattochenonfavoriscelaformazionedeipianetisulpianodell'eclittica.VenneabbandonatodopolascopertadelleleggidellagravitàdiNewton.IlconcettoditurbolenzafuperòripresoericonsideratodanumerosiautorinelXXsecolo(VonWeizsäcker,terHaar,Kuiper,WhippleeMcCrea).

Secondo un'altra interpretazione il materiale utilizzato nella formazione del Sistema solare era invece stato espulso dal Sole. La teoria mareale venne sviluppata, come teoria catastrofica di formazione del Sistema solare, dal naturalista Buffon (1707-1788). In essa si ipotizza che la sua formazione sarebbe avvenuta a causa di una "estrazione" di materiale dal Sole in seguito ad una collisione o ad un passaggio ravvicinato con una cometa avvenuto circa 70.000 anni fa. La credibilità di questa teoria era legata al fatto che, a quei tempi, la natura delle comete era completamente sconosciuta e che non si avevano criteri attendibili per una stima delle età dei corpi celesti.

Bickerton nel 1880 e Chamberlain nel 1901 sostituirono la cometa con una stella rendendo più accettabile, dal punto di vista fisico, l'intensità della forza mareale. Secondo questo meccanismo, la stella, avvicinandosi al Sole avrebbe strappato parte del suo materiale producendo filamenti con elevato momento angolare che poi si sarebbero condensati sul piano dell'eclittica. Rimane però difficile spiegare, con questo meccanismo, la formazione dei pianeti giganti esterni anche se vengono risolte due delle maggiori obiezioni relative al modello di Kant e Laplace:

- il problema del momento angolare; - la diversa composizione chimica dei pianeti rispetto al Sole.

La teoria "mareale"�

LeggereilCielo


Leteoriedi"accrescimento"

Questeteoriesibasano,invece,sullapossibilitàcheilSolesiariuscitoa"catturare"delmaterialeinterstellare.PerescluderechequestomaterialeasuavoltacollassinelSole,ènecessariopresupporreun'azionestabilizzantedovutaadunastellavicina.SecondoSchmidtlapresenzadiun'altrastellapotrebbeaverpermessolacoalescenzadelgasedellepolveriinmododaformareipianeti.

Un'altrainterpretazione,piùmodernadelmodellodi"accrescimento",sostienecheilSoleabbiaincontrato,nelsuomotolungoilpianodelleGalassia,duedistintenebulose:

unaconsistentedipolveridacuisononatiipianetiinterni;unadigas,principalmenteidrogeno,chehaprodottoipianetiesterni.

Lamaggioreobiezioneaquestateoriaèlegataalfattochelecollisionitraleparticelleavrebberoportatoadunadispersionedellestesse;salvoilcasoincuifosseroconfinatelungostruttureadanellosimiliaquelledeipianetigiganti.Inquestomodosipotrebberoprodurrecorpisimiliaisatellitideipianetimanonipianetiveriepropri!

La�teoria�"nebulare" di Laplace e Kant

L'idea di una nebulosa primitiva, da cui si formarono sia il Sole che i pianeti, fu proposta da Kant (1724-1804) e Laplace (1749-1827). Secondo Laplace la nebulosa si contrae per effetto della gravitazione e la sua velocità rotazionale cresce sino a quando non collassa in un disco. In seguito gli anelli di gas, che così si generano, sono rimodellati e vanno a condensarsi in strutture che portano alla formazione dei pianeti e dei loro satelliti.

Questo modello ha il merito di spiegare tutti i fenomeni, relativi al Sistema solare, noti nel XVIII secolo ed in particolare quelli riferiti ai moti dei pianeti. Due importanti obiezioni al modello di Kant e Laplace, tuttavia, apparvero all'inizio del XIX secolo:

1. come Maxwell (1831-1879) mostrò è piuttosto difficile spiegare la formazione di un pianeta in seguito all'accrescimento da un anello di planetoidi; 2. la maggior parte del momento angolare risiede nei pianeti mentre nel modello di Kant e Laplace rimane al Sole.

Dal momento che il Sole costituisce la maggior parte della massa del Sistema Solare, si sarebbe dovuto "trascinare" dietro anche la maggior parte del momento angolare. Avvenne invece proprio il contrario in quanto il 99.5 % del momento angolare (sia di rivoluzione che di rotazione dei futuri pianeti) è detenuto dai pianeti che hanno solo 1/750 della massa complessiva! modello della ßnebulosa molecolare primitiva". I modelli d'evoluzione del disco protoplanetario si suddividono oggi in due categorie:

Il modello della nebulosa massiva di Cameron. Questo modello presuppone che la formazione si sia iniziata da un disco di circa 1 Massa solare (MS). Una gran parte della sua massa, circa l'85 %, venne spazzata via dal vento solare in un tempo piuttosto breve di circa 100.000 anni. Ciò che rimase andò a formare il Sole, mentre i pianeti si sarebbero formati direttamente dalla nebulosa primordiale in seguito all'innesco delle instabilità gravitazionali. Il modello della nebulosa a piccola massa di Safronov ed Hayashi. Secondo quest'altra ipotesi, invece, la massa del disco, di circa 0.01 MS, collassò. Il disco poi andò raffreddandosi, la polvere si accumulò nel piano centrale e formò i planetesimi di massa pari a 1018 g. Dai planetesimi, in seguito alla loro combinazione, si produssero poi i pianeti.

L'ideaattualediformazionedelSistemasolaresièsviluppatadallateoriadiKanteLaplaceedèriassuntanelmodellodellaßnebulosamolecolareprimitiva".Imodellid'evoluzionedeldiscoprotoplanetariosisuddividonooggiinduecategorie:

IlmodellodellanebulosamassivadiCameron.

Questomodellopresupponechelaformazionesisiainiziatadaundiscodicirca1Massasolare(M S ).Unagranpartedellasuamassa,circal'85%,vennespazzataviadalventosolareinuntempopiuttostobrevedicirca100.000anni.CiòcherimaseandòaformareilSole,mentreipianetisisarebberoformatidirettamentedallanebulosaprimordialeinseguitoall'innescodelleinstabilitàgravitazionali.

IlmodellodellanebulosaapiccolamassadiSafronovedHayashi.

Secondoquest'altraipotesi,invece,lamassadeldisco,dicirca0.01M S ,collassò.Ildiscopoiandòraffreddandosi,lapolveresiaccumulònelpianocentraleeformòiplanetesimidimassaparia1018g.Daiplanetesimi,inseguitoallalorocombinazione,siprodusseropoiipianeti.

LeggereilCielo



AndiamoadanalizzareindettaglioilmeccanismodiformazionedelSistemasolareallalucedeiprincipalidatiosservativi.L'efficaciadeimodellidiformazionedelSistemasolarerisiedeessenzialmentenellalorocapacitàdirispondereatredomande.

1. AmmessocheilSoleedipianetisisianoformatiassiemedoveequandociòèavvenuto?

2. Èavvenutaunaformazionedifferenziatatrapianetiinterniepianetiesterni?

3. IlSistemasolaresièformatodamaterialeinterstellarefreddoodamaterialesolareriprocessatodallereazionitermonucleariavvenutenelsuointerno?

Aquestetredomandeleevidenzeosservativepermettonodidareunarispostaesaurienteconunbuongradod'accuratezza.Perdareuna"sostanza"quantitivaoltrechequalitativaallepremessefisichedeimodellidiformazione,ènecessarioaquestopuntoaffrontare:

ilproblemadell'etàdellerocceterrestrielunariedeimeteoriti,chepongonodeivincolioggettiviaitempiingioconeimodellidiformazione;lamisuradelrapportodeuterio/idrogenoneipianetiesterni(Giove,Saturno,ecc.)checiilluminasullacomposizionedellanebulosaprimordiale;indagaresucomeavvienelaformazionestellarenellanostraGalassia.

http://www.bo.astro.it/universo/letture/webcorso/webleggere/index.html

http://www.bo.astro.it/universo/letture/webcorso/webleggere/bedgene/beg1.html












LeggereilCielo



Ilprincipiodelladatazionesifondasullamisuradeglielementiradioattivipresentinelleroccesottoposteadesame.Unelementoradioattivo"primario"dissociandosidàluogoadelemento"secondario".Inunintervalloditempotleabbondanzesimodificanoseguendounaleggedeltipo:

d=d0+p(e -1);

doved0èl'abbondanzainizialedell'elementoprimariod,pèl'abbondanzainizialedell'elementosecondario, èl'intervalloditempopresoinconsiderazionee unacostantedidecadimento.

Nelcasoincuid'siaunisotopostabiledell'elementod,sempreneltempo abbiamo:

d/d'=(d/d')0+(p/d')(e -1).

Alfinedideterminarel'etàdelSistemasolare,siutilizzanodegli"orologi"alungoterminederivatidaldecadimentodialcunespeciefisiche.Inparticolarelecoppie:

K40(kripton),Ar40(argon)contempodidecadimento5.810-11peranno;Rb87(rubidio),Sr87(stronzio)contempodidecadimento1.4·10-11peranno;U238(uranio),Pb238(piombo)contempodidecadimento1.5·10-11peranno.

Lemisurefatteconquestielementisucampionidimeteoriti,mostranochel'etàdelSistemasolareè,approssimativamente,4.55·109anni,cioè4.55miliardidianni.Inoltre,lemisuredelleabbondanzedelPu244(plutonio),edelloI129(iodio)chehannodeitempididecadimentopiùcorti,dannoun'indicazionerelativaaltempodellacondensazionedelmaterialeplanetario.Essimostranochenonsonostatinecessaripiùdi100milionidianniperlaformazionedeipianetidopocheilmaterialeprotosolaresièisolatodaquellointerstellare.Quest'ultimastimad'etàpotrebbecorrisponderealmomentoincuilanubeprotosolareèpassataattraversounodeibracciaspiraledellaGalassia.CiòimplicacheilSoleedipianetisisianoformaticontemporaneamente,duranteilpassaggioinunapartedellaGalassiaparticolarmentedensaericcadipolveri.













LeggereilCielo


Lamisuradelrapportodeuterio/idrogenoneipianetigiganti

Ildeuterioèpresentenelmezzointerstellaremavienedistruttonellestelleinseguitoallereazionitermonucleari.Iltempoincuiavvienelareazionechetrasformaildeuterioèmoltopiùbreve(circa1minuto)dellealtrereazioni(contempidi1milionedianni).Dalmomentoche,neipianetigiganti,ilvaloredelrapportoD/Hèmaggiorediquelloprevalentenelmezzointerstellaresenericavachequestodatopuòindicarel'abbondanzaditalerapporto4.55miliardidiannifa.Seilmaterialeplanetariofosseuntributodelmaterialesolarel'abbondanzadideuteriosarebbeugualeazerocomenelSole,dalmomentocheildeuteriovennedistruttodentroilSoleappenainiziaronolereazioninucleari.

Questofattoèmoltoimportante,inquantoindicacheipianetiNONsisonoformatidamaterialetrasformatosinell'internodelSoleinseguitoallereazionitermonucleari.

Neconseguequindiche:

leteoriemarealivannoscartatepoichéammettonocheilmaterialedacuisisonoformatiipianetièdioriginesolare;.potràesserequindiattendibilesolounaversionemiglioratadellateorianebulareinaccordoconquestidatiosservativi.














LeggereilCielo



ImportantisonoleosservazionidelleregionidiformazionestellarenellaGalassia.NelleassociazionistellariO-Bcisonolecondizioniperprodurreleinstabilitàgravitazionaliatteadinnescareilprocessodiformazioneplanetaria.Un'ondad'urto,prodottadall'esplosionediunasupernova,puòfacilitarel'innescodelprocessodicoalescenzagravitazionalecomprimendolenubimolecolaripreesistenti.Questomeccanismoperònonèstrettamentenecessario,inquantol'instabilitàgravitazionalepuòavereluogoancheapartiredapiccoliframmenti(dicircauncentesimodimassasolare)formatisidastelledipochemassesolari!

Inoltrel'originedeglielementiabrevevitaradioattivacomeAl26nellanebulosaprotosolareappareprodottanelleatmosferedellegigantirossedicircaunamassasolare,neconseguecheilmodellochepresupponel'esplosionediunasupernovanellevicinanzedelsitodiformazioneplanetarianonèstrettamentenecessario!

Andiamooraaconsiderareindettaglio,nell'ambitodellateorianebulare"moderna"diKanteLaplace,lesingolefasidelprocessodiformazione.














LeggereilCielo


Introduzione

Imodellibasatisulla"turbolena"

Lateoria"mareale"

Leteoriedi"accrescimento"

Lateoria"nebulare"diLaplaceeKant



Lamisuradelrapportodeuterio/idrogenoneipianetigiganti




LarelazionediTitius-Bode:legge


Figura1.

1)L'instabilitàgravitazionale

IpotizziamounasferadigasconraggioR=10000RS(Raggiosolare)checorrispondeall'orbitadiPlutoneedensitàmedia 10-12 S(Densitàsolare)(analogaalladensitànellacromosferasolarecheconsisteprincipalmentediidrogenomolecolareH2epolvere).

Peruncorpoinequilibriosiha:

dove

=velocitàdirotazionedellanebulosa;R=raggiodellenebulosa;geq=accelerazionedigravitàall'equatore.

Manoamanochelanebulosasicontraelatemperaturaaumentaequestodeterminaladissociazionedell'idrogenomolecolareH2.Ilcoefficientedicompressioneadiabatica:=dlnp/dln decresce.

Quando èminoredi4/3siinstauraunainstabilitàgravitazionale.InparticolareSchatzmanhadimostratocheciòcontinuafinoacherisulta =4/3.Dopodicheilcollasso













ocoincideza?


Conclusioni

Letture

sifermaadunraggioR=100RS.

2)Lamassacoinvoltanellacontrazione

Inbaseallaleggediconservazionedelmomentoangolare

dove:

G=costantedigravitazioneuniversale;M=massadellanube;R=raggiodellanube;=velocitàdirotazionedellanebulosa;

sipuòcalcolarelamassapersanelpianoequatorialeinseguitoallacontrazione.SecondolestimepiùattendibililamassachenonècoinvoltanellacontrazionedelSoleecherimaneadisposizioneperlaformazionedeipianetièparial10%diquellatotale.LamassanecessariaperformareipianetiinternièdoppiadiquelladellaTerracioè6·10-6MS.Questipianetisonocompostiprincipalmentedamaterialesolidoacuidovremmoaggiungereigas(idrogeno,elioedaltricomponentigassosidellanebulosaprimitiva)chesonosfuggitiadessiechecontribuisconoal99%dellamassatotale.Inquestomodolamassanecessariasaleadunvaloreparia6·10-4MS.

Ilcontributodeipianetiesternivaulteriormenteaggiuntoalvaloreprecedenteedèparia2·10-3MS.Ilvalorecomplessivodellamassa,coinvoltanellaformazionedeipianetisiainternicheesterni,salea:3·10-3MS.

Dalmomentochelaquantitàdimaterialecoinvoltonellacontrazioneèparial10%dellamassasolareMS,senericavachequestoèunvaloresufficienteadeterminarelaformazionedeipianetisiainternicheesterni.

3)Ildiscoprotoplanetario

Ildiscoprotoplanetario:

haunamassainizialeMdisco=10-2MSèpostoadunadistanzaDdisco 7UA(tral'orbitaattualediGioveediSaturno)haunadensitàsuperficialeparia 1000g/cm-2

Sipuòcalcolarelospessoredeldiscostesso,assumendochelasuacomponenteprincipale(ilcheèverificabileaposteriori)siaquelladellacomponenteverticalegzdelcampogravitazionaledelSole.Utilizzandol'ipotesid'equilibrioidrostatico,nerisultaundiscoprotoplanetarioquasipiattomaconunospessore

dove:

Cèlavelocitàdelsuonodelgas 100000cm/s=1km/s;èlavelocitàdirotazioneparia10-8/s.cioèhdisco0.7UA.

4)IllimitediRoche

Nel1847ilfisicoRochemostròcheunsatelliteinorbitacircolareattornoaduncorpocentralesarebbedistruttodalleforzemarealisevenisseatrovarsipiùvicinoalcorpocentralediuncertolimite;ilcosiddettolimitediRoche.Peruncorporigidodiformasferica,simileadunpianeta,orbitanteattornoalSolequestolimite,aR,èdatoda:





dove s=densitàmediadelSole, g=densitàmediadelgasneldiscoedRS=raggiodelSole.

Daquestarelazioneèpossibilericavareunadensitàcriticaoltrelaqualel'instabilitàgravitazionalesisviluppaadunadatadistanzaeliocentrica.Siètrovatochetaledensitàcriticaè 10volteladensitàsuperficiale g.Questopermettediaffermareche:

conunanebulosaapiccolamassa 0.01MSNONsiformanoipianetidirettamentedaun'instabilitàgravitazionale,mentreconunanebulosaadaltamassa 100MSèpossibileinnescarelaformazionedeipianeti.

Sevaleilmodellodiunnebulosaprimordialeadaltamassa,rimanetuttavia,lanecessitàdieliminaretuttalamassanondirettamenteutilizzatanellaformazionedelSistemasolare(siveda,piùavanti,comepossaavvenirelarimozionediquestamassaeccedenteacausadelventostellaredelProtosole).

5)Laformazionedeigrani

Apartiredaunacertatemperaturalanebulosamolecolareraffreddalentamentedeterminandounaprogressivacondensazionedellesuecomponentiadiniziaredaquellepiùrefrattarie.PartendodalleabbondanzedeglielementimisuratenelSoleèpossibilericostruirelasequenzadicondensazione.

Figura2.

6)Lasequenzadicondensazione

Dapprimaavvienelacondensazionedeiseguentielementi:

da1880a880°K(gradiKelvin)-Al,Ti,Ca,Mg,Si,Fe,Na,S;inseguito,quandoletemperaturesiabbassanosinoavalori200°-300°K,ancheH,O,CedNsicondensano.

Lafasedicondensazioneèstabileatemperatureattornoai1400°eleabbondanzecosìottenutesonoineccellenteaccordoconquellemisuratenellemeteoriticondriti.VatuttavianotatochelasequenzadipendestrettamentedalrapportoinizialeC/O,percuiunadiversasequenzadicondensazioneèattesaseilvaloreditalerapportoinvecedi0.55è,adesempio,1.2!

7)Lacrescitadeigranipercondensazione

Perdareun'ideadellavelocitàconcuiaccresconoigranipercondensazioneassumiamoche:

ognicollisionetraunamolecolaedungranoproduceun“incollamento”dellamolecolaalgranostesso

Selamassadeigranièdefinitacomem pr3,dove

rèilraggiodeigrani,pladensitàdeigrani=1g/cm3,

eccocheilritmoaicuiigraniaccresconoèdatodallaequazione

dove:

g=densitàdelgas=10-10g/cm3;Cèlavelocitàdelsuonodelgas 1km/s;=0.01èilrapportotramaterialecondensatoegas;Alamassamolecolare 20.

Nerisultaunvaloredr/dt=10-8cm/scioè,tradottointerminipiùsemplici,unaccrescimentodeigranidi1cmall'anno!

Questomeccanismosidimostramoltoefficaceerapidoepermetteaigranidiunmicrondiformarsirapidamenteecrescereulteriormente.

8)Ilcollassodeigraniversoilpianoequatoriale

Leparticellesolide,piùmassivedelgas,hannounatendenzaamigrareversoilpianoequatorialedeldisco.Se,inprimaapprossimazione,assumiamochevisiaequilibriotraleforzegravitazionalieleforzeviscoseotteniamountempocaratteristicoperchéesseraggiunganoilpianoequatorialedatoda

dove:r=spessoredeigrani=1-3cm,mentrelealtrequantitàsonogiàdefinitenelparagrafoprecedente.

Senericavachethaunvalorepariacirca100anni!Igraniquindisiaccumulanonelpianoequatorialeinuntempomoltobreve.Quandoicorpisolidiinizianoadaccumularsinelpianoequatorialelecollisioniinelastichediventanosemprepiùimportanti.Essehannocomeeffettodidiminuirelospessoredeldiscodipolveresinoache,lospessoredeldisco,nonraggiungeledimensionideicorpistessi.

9)Laformazionedeipianetiperaccrescimento

Lecollisioniinelastichenelpianoequatorialedeterminanopoiun'accelerazionenellacrescitadeiplanetoidi.Apartiredadimensionidi1cm,essiacquisisconomassaperaccrescimentoinseguitoareciprochecollisioni.

Siamlamassadelcorpoedrilsuoraggio,ilritmodicrescitapuòessereespressodall'equazione

dove:

0=densitàdelleparticelleall'orbitadelcorponelpianoequatoriale;l2=sezioned'urtoeffettivadelcorpo;

V=velocitàrelativatrailcorpoeleparticelle.

Pereffettodellagravitàlasezioned'urtoèmaggioredellasezionegeometrica.Tramiteunaseriediconti,chequinonesporremo,alladistanzadi1UnitàAstronomica(U.A.)ilritmodicrescitaècostanteedilraggiocrescelinearmente

neltemposecondolalegge:

dove:

P=periodoorbitaledellanubenell'orbitaattornoalSole;=densitàdelcorpo(chesiassumecostante);=Gm/rV2convalorida3a7;0=densitàsuperficialedellanube.

Neconseguecheèpossibileaccresceredeicorpifinoadimensionidialcunecentinaiadikmintempidicirca100milionidianni.

Riassumiamoaquestopuntoiprocessiessenziali:

1. ilprocessodicondensazionehapermessoaigranidicresceresinoalledimensionidiqualchemicron;

2. ilprocessodi"attrazionegravitazionale"haportatoallaformazionedeipianetiattualiapartireda"corpisolidi"didimensionidiqualchecentimetropassandoattraversolaformazionedei"planetoidi";

3. laformazionedei"planetoidièstataspiegatadaSafronovinseguitoaiprocessidicollisione"inelastica"chehannodeterminato,invecedellalorodistruzione,l'incollamentodeigraniinstrutturedidimensionisemprepiùgrandi.

4. 10)L'effettodelventosolare

Peranalogiaconquantoosservatonellestellegiovani,assumiamocheilSole,nellaprimafasedellasuaesistenzamanifestiun'intensaattivitàmagnetica.Inparticolare,secondoquellocheèilconfrontoconlestelleditipoT-Tauri,èpossibilestimarel'intensitàdelventosolareprimordialecome108voltemaggiorediquellaattuale.Lapressioneesercitatasulleparticelledalventosolareprimordialeeraquindicirca100.000voltequelladelventosolareodierno!

L'effettodiquestapressionesulleparticelle,cheagisceinmodoantagonistaall'azioneattrattivadellagravitàsolare,èproporzionaleallamassadelleparticelleequindidipendentedar3.Inquestomodoèpossibiledeterminareunvaloredidistanzar0incuiledueforzechesioppongonol'unaall'altra(quelladeterminatadalventosolareprimordialeelaforzadigravitàdelSole)siannullano.

Oggiilvaloredir0èpariad1micronmentreall’originedelSistemasolareerapari,alpiù,a10cm.Sipuòdedurredaquest'ultimovalore,ilfattocheilventosolareprimordialeerasufficientementeintensoperspazzarevialeparticelledidimensioniminoridelcm.


LeggereilCielo



ConclusaladescrizionedelleprincipalifasidellaformazionedelSistemasolare,torniamoalcontestogeneraleinparticolarealla"leggediTitius-Bode".Inquestomodoviene,eveniva,indicataunarelazioneempiricariguardanteledistanzemediedeipianetidalSoleespresseinUnitàAstronomiche(UA).Lalegge,benchéfossestatascopertanel1741dall'astronomotedescoWolferiscopertadalcompatriotaJohannTitiusnel1772,ènotasoprattuttoperl'operadidivulgazionediJohannBode,che,nel1778,nehadatoancheunaformulazionematematicaprecisa.

Secondoessa,ledistanzedeipianetidalSole,inUA,sitrovanodallaserie0-3-6-12-24-48-96-...,incuiogninumero,apartiredalterzo,èildoppiodelprecedente;aggiungendo4adogninumeroedividendoilrisultatoper10siottiene0.4-0.7-1-1.6-2.8-5.2-10-19.6-...Matematicamente,laserieprecedentesiesprimeconlarelazioned=0.4+0.3·2n,dovenèunnumerochevalemenoinfinitoperMercurio,0perVenere,1perlaTerra,2perMarteecosìvia.LedistanzeveredeipianetisonobenapprossimatefinoadUrano:ladifferenzatralaleggediBodeeladistanzarealenonsuperamaiil5%.NelcasodiNettunoladifferenzasuperail22%eperPlutoneèdel49%.














LeggereilCielo


LarelazionediTitius-Bode:leggeocoincideza?

Malgradoquestasiaunarelazioneempirica,ecioèsenzaalcunabasefisica,laleggehaavutoilpregiodifarsospettare,giànelSettecento,l'esistenzadiunpianetaconn=3chedovevaesserepostotraMarteeGiove.LascopertadiCerere,unasteroide,dapartedipadrePiazzi,aPalermo,nel1801,confermòlavaliditàdellalegge,anchesenegliannisuccessivisiverificòchegliasteroidisonomigliaia,lamaggiorpartedeiqualihaorbitecompresetraquelladiMarteediGiove.

RimasepermoltotempodiffusatragliastronomilaconvinzionechegliasteroidisianoilrisultatodelladistruzionediunpianetapostooriginariamentetraMarteeGiove.Inrealtàsièoraconvinticheipianetinisianomaterialeoriginariodiaccrescimento,cioèprovenientedirettamentedallanebulosadallaqualeènatoilSistemasolare,invia(teorica)diaccorpamento,chenonriuscìmaiadareorigineadunpianeta,acausadellapiccolamassacomplessiva.

Moltiautorihannotentatodispiegarequestarelazionetramitedeimodellicosmogonicisperandodiutilizzarlacomeuntestdiverificadeglistessimodelli.LascopertadinumerosinuovisatellitidiGioveeSaturnohapermessodicomprenderecomequestarelazionenonvisiapplica,nonostantesipossanoatuttiglieffettiintenderecomedeisistemisolarisuscalapiùpiccola.InoltreHenonnel1969eLecarnel1973hannomostratocheunadistribuzionecasualedinumeripotrebbesoddisfareunarelazionecomequelladiTitius-Bodeconilsolovincolochesianoabbastanzaprossimil'unoall'altro.Neconseguechequestarelazioneèdeltuttocasualeenonhaquindinessuno"status"dilegge.














LeggereilCielo



Rimanedaaffrontare,erisolvere,ilproblemadelmomentoangolare,accennatosinnelleprimepaginediquest'esposizione.Nellarisoluzionedelproblemasembranodeterminanti:

leteoriedievoluzionestellaresullefasiinizialidivitadellestelle;lateoriadinamicadelcampomagnetico(magneto-idrodinamica).

Unastellarotante,dotatadiventostellareediunfortecampomagneticoiniziale,tendeadiminuirelasuarotazioneperuneffettodi"frenamento"dovutoalflussodelleparticelledelventolungolelineediforzadelcampomagnetico.QuestopuòdeterminareuntrasportodelleparticelleadunadistanzaamaggioredelraggioRdellastella.Ancheunapiccolaperditadimassapuòprodurreunagrandeperditadimomentoangolareinquantoproporzionalead(a/R)2.

Inquestomodo,selaperditadimassaèsolo0.003massesolariMSperannoquestomeccanismoèsufficienteperrallentareilperiododirotazionedelSole.Perdipiùnellestellegiovani,deltipoT-Tauri,simisuraunaforteperditadimassaassociataadun'intensaattivitàmagneticaequindiunfortedecrementodelperiododirotazione.

IlSolealtrononècheunesempiodell'evoluzionediquestitipidistellegiovani!















LeggereilCielo


Letture

B.Bertotti,L'esplorazionedelsistemadiSaturno,inLeScienze,n.334,1996,pp.26-34;

N.Booth,SistemaSolare.Unviaggiodipianetainpianeta,DeAgostini,Novara,1996;

Braccesi,G.Caprara,M.Hack,AllascopertadelSistemaSolare,Mondadori,Milano,1993;

G.Briggs,F.Taylor,AtlanteCambridgedeipianeti,Zanichelli,Bologna,1997;

T.Encrenaz,J.-P.Birbing,M.Blanc,TheSolarSystem,SpringerVerlag,Berlin,1995;

*D.L.Goodstein,J.R.Goodstein,IlmotodeipianetiintornoalSole:unalezioneineditadiR.Feynmann,Zanichelli,Bologna,1997;

P.Kennet,GuidetotheSun,CambridgeUniversityPress,Cambridge,1992;

K.R.Lang,C.A.Whitney,Vagabondinellospazio:ricercheescopertenelSistemaSolare,Zanichelli,Bologna,1987;

D.H.Menzel,J.M.Pasachoff,Stelleepianeti,Zanichelli,Bologna,1990;

E.Nesme-Ribes,S.L.Baliunas,D.Sokoloff,Ladinamostellare,inLeScienze,n.338,1996,pp.37-42;

M.Rigutti,Comete,meteoritiestellecadenti,Giunti,Firenze,1997;

R.Smoluchowski,IlSistemaSolare,Zanichelli,Bologna,1989.
















LeggereilCielo

IcorpidelSistemasolareCorradoBartolini

Introduzione

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Pianetiniecomete

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Plutone

Introduzione

LostudiodelSistemasolareèmoltoimportantepermolteplicimotivi:

1. Findall'antichitàipianetihannoattiratol'attenzionedell'uomosiaperchésonogliastripiùbrillantidelcielosopravanzandolosplendorediSirio,siaperiloromoticomplicatifralestelle;lostudiodeiloromovimentihacostituitoilproblemafondamentaledell'astronomiafinoalsecoloscorso.

2. Intempirecentil'iniziodell'eraspazialeelascopertadinuovetecnicheastrofisichehannopermessoall'uomodiinteragiredirettamenteconicorpidelSistemasolarefacendosudiessideiveriepropri"esperimenti".

3. LosviluppodelletelecomunicazioniviasatelliteelostudiodellaTerradallospaziohannorichiestounaconoscenzaapprofonditadell'ambientealdisopradell'atmosfera:deicampimagnetici,delletempestesolari,delpericolodiimpattoconmeteoriti.

4. IpianetivengonostudiaticonmetodideltuttoanaloghiaquelliusatiperlaTerra:lastrutturainternaconlasismologia,lasuperficieconfotodasatellitiartificiali,ilcampomagneticoegravitazionaleconsondespaziali.LapubblicazionedirivistecomeAstronomyandGeophysicstestimoniaquestatendenzaadestenderelageografiaaicorpidelSistemasolare.Comeesisteuna"Zoologiacomparata",cosìstasorgendouna"Planetologiacomparata".

Quadroriassuntivodellecaratteristichefisichedeipianeti

PIANETA a(UA) Periodo dirivoluzione(anni)

Massa

Terra=1

Raggio

Terra=1

Densità(g/cm3)

Periododirotazione(giorni)

Mercurio 0.38710 0.240842 0.0558 0.3825 5.43 58.6462

Venere 0.72333 0.615187 0.8148 0.9488 5.24 -243.02

Terra 1.00000 1 1 1 5.52 0.99727

Marte 1.52369 1.880816 0.1074 0.5326 3.94 1.02596

Giove 5.20381 11.86178 317.83 11.209 1.33 0.41354

Saturno 9.53885 29.45657 95.16 9.449 0.69 0.44401

Urano 19.1833 84.01880 14.50 4.007 1.30 -0.7167

Nettuno 30.0578 164.788 17.20 3.883 1.76 0.6808

Plutone 39.4400 247.688 0.0022 0.1805 2.07 -6.3872

Iterminidicuisiforniscediseguitoladefinizionesonoutiliperunamigliorecomprensionedellatabellaedeltesto:Rotazione:tuttiipianetiruotanointornoadunproprioasseedilperiododirotazioneèiltemponecessarioacompiereunarotazionecompletaedefinisceilgiornodelpianeta.Rivoluzione:ipianeti,oltrearuotareintornoalproprioasse,compionounatraiettoriaquasicircolareintornoalSoledettarivoluzioneedilperiodonecessariopercompierlacaratterizzal'annodelpianeta.Eclittica:vienecosìdefinitoilpianodell'orbitadellaTerra

intornoalSole.Inclinazionedelleorbite:presacomeriferimentol'eclittica,l'inclinazionedeipianetièl'angolocheipianidirivoluzionehannoconl'eclitticastessa.Obliquità:èl'inclinazionedell'equatoredelpianetarispettoalpianodellasuaorbita(mediamentetuttiipianetihannoobliquitàinferiorea30°coneccezionediVenerecheha180°eUranocon98°).Unitàastronomica(U.A.):èladistanzamediaTerra-Sole.Conasiindicailsemiassemaggioredell'orbitadiognipianetamisuratoinUnitàastronomiche.Ilperiododirotazionenegativoindicacheilpianeta,vistodalpoloNorddell'eclittica,ruotainsensoorario(oppostoaquellodellarivoluzione).IlperiododirotazionedellaTerra=1giornosideraleèleggermenteinferiorealgiornosolaremedioacausadelmotodirivoluzione.

Dallatabellasivedecheipianetipossonoesseresuddivisiinduegruppiinbaseamassa,raggioedensità:Mercurio,Venere,TerraeMartesonorocciosi,piccoliedensi;Giove,Saturno,UranoeNettunosonogassosi,grandiedibassadensità.Plutonecostituisceuncasoasé.

LeggereilCielo


Introduzione

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Pianetiniecomete

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Plutone

Mercurio

ÈdifficilmenteosservabileperchéèilpianetapiùvicinoalSole.

Acausadell'elevataeccentricità(e=0.206)lamassimadistanzaangolaredalSolepuòvariarefra18e28°.L'inclinazionedell’orbitasull'eclittica(i=7°)èsuperatasolodaquelladiPlutone(17°).

Mercurioruotasusestessoinsensoantiorarioin58.646giorni,pariai2/3delperiododirivoluzioneattornoalSole(87.969giorni).Lasuaorbitanonèchiusainquantopresentaunmotodiprecessionedell'assemaggioredi574"/secolo,diquesti42".98/secolosonogiustificabilisoloattraversolateoriadellarelativitàgeneraleacausadelladistorsionedellospaziotempoprodottadalSole.

Mercurioècircondatodaun'atmosferaestremamentetenue.Lasuperficiepuòapparirepraticamenteidenticaaquellalunareessendoentrambebutteratedacrateridaimpattodiognidimensione.L'assenzadiacquaedatmosferafasìchemanchicompletamenteilfenomenodell'erosione,nécisonoevidenzediattivitàvulcanichepassate,percuilasuperficiediMercuriovieneannoverata,comequellalunare,fraquelle"inattive".LastrutturapiùappariscentesullasuperficiediMercurioèilbacinoCalorisPlanitia,unodeipiùvasticrateridelSistemasolaredeldiametrodicirca1300Km.L'urtoviolentodelmeteoritechelocreòcirca3.6miliardidiannifa,sollevòcatenedimontagnealtecirca2Km,generòunsistemadivalliefratturechesiirradianodalbacinoper1000km.PerquestoilbacinoCalorisècircondatodaunaserieconcentricadialtopianichesiirradianorispettoalcratereveroeproprio.

Solorecentementesisonoscoperte,damisurazioniradar,duezonepolariconunaltopotereriflettente.Sisupponechel'acqua,portatadacometeemeteoriti,sisiaaccumulataincrateriecrepaccidovelatemperaturanonsuperamaii123°Ke,copertadaunostratodiregolite,abbiaresistitoall'azionedeiraggicosmiciedultravioletti.

Nonostantelacomposizionechimicasiaquellatipicadeipianetirocciosi,l'altadensitàelapresenzadiundebolissimocampomagneticofannopensareadunnucleofluidoabassaviscositàdiferroenichelchecostituisce2/3dellamassatotale.

LasuperficieesternaècompostadaunacrostadisilicatidiFeeMgedaossidirefrattari.

LeggereilCielo


Introduzione

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Pianetiniecomete

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Plutone

Venere

ÈilpianetacheassomigliadipiùallanostraTerraperraggio,massaestrutturainterna;èinvecepiuttostodiversosesiconsideranolasuperficieeilcampomagnetico.VistodaTerraèl'oggettopiùbrillantedelcielodopoilSoleelaLuna.Nell'antichitàerachiamatoStelladellaseraoStelladelmattino.LadensaatmosferadiVenereadunaquotatrai50e70kmdallasuperficieècompostadanubicheruotanointornoalpianetaconunavelocitàdicirca100m/s,simulandounperiododirotazionedi4giorni.

Acausadellaspessacoltredinubicheloavvolgenonèpossibileanalizzarelasuasuperficie,tuttavia,tramiteosservazioniradardasatellitiartificiali,sièpotutafareunamappadettagliatadiessa,soprattuttograzieallasondaMagellano,chehafornitosplendideimmaginiconunpotererisolutivodipochedecinedimetri.Venereèunmondoprivodimari;lepianure,tormentatedafratture,crateriecanali,occupanocircal’85%dellasuperficieedirilievisiinnalzanoisolati,comeimontiMaxwell,alti11km.

L'atmosferadiVenere,moltocompressa(90atm.)ecalda(450°),ècostituitasoprattuttodaanidridecarbonica(96.5%),responsabiledell'effettoserra,azotomolecolareeanidridesolforosa.Laconcentrazionediquest'ultimaèvariabileneltempo,essendodiminuitadi4voltein15anni;sipensacheciòsiadovutoaunfenomenovulcanicoseguitodaunalentadeposizionedelgas.

Trale1500formazionivulcanichediVenere,ilMaatMonsèilpiùprobabileresponsabiledellagigantescaeruzionecheavrebbecausatoilbruscoaumentodiSO2nell'atmosferadelpianeta.L'attualesuperficiediVenerenonpuòaverepiùdi500milionidianni;sitrattaquindidiunterrenogeologicamentegiovane,soggettoadepisodidivulcanismoglobaleingradodirinnovarecompletamentelacrosta;ciòspiegal'assenzasuVeneredigrandicrateri,presenti,peresempio,sullaLunache,avendounasuperficiemoltopiùantica,conservailricordodellafaseinizialedellaformazionedicrateriadoperadiasteroidididimensionimaggiori.

SièscopertochesuVeneresonorariancheipiccolicrateridaimpatto;ciòèdovutoall'azionedelladensaatmosferachedistruggeipiccolimeteoritiprimachepossanoarrivarealsuolo.Unadellecaratteristicheunichedelvulcanismovenusianosonoigruppidipiccolidomivulcanicicircolari(10-20Kmdidiametro),detti"vulcaniabrioche"chepopolanotuttoilpianeta.Lalorooriginepotrebbeesserelegataallapresenzadiuntipodilava

particolarmenteviscosa,cheliavrebbecostruitirisalendodaboccheapertesiinzonepianeggianti.

ComeMercurio,Venerenonhasatellitinaturali.

LeggereilCielo


Introduzione

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Pianetiniecomete

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Plutone

Terra

LacaratteristicafondamentaledellaTerraèdiesserel'unicolaboratoriofinoraconosciutoincuisisiasviluppatalavita.Leproprietàchecontribuisconoarenderlaabitabilesono:ladistanzadalSolechefainmodochelasuatemperaturamediasiadi15°centigradi,lapresenzadiun'atmosferacontenenteossigeno,lapresenzadiacquaallostatoliquidoinsuperficie,ilperiododirotazionedidurataopportuna,l'inclinazionedell'asseterrestresull'eclitticachedàorigineallestagionielavicinanzadiunsatellitedigrandemassa,laLuna,cherendestabileladirezionedell'asseterrestre.

LaTerraèilpiùgrande(R=6370Km)epesante(M=5.9761024Kg)deipianetirocciosi.Essoèilpiùdensofratuttiipianeti.Lacomposizionechimicadellasuaatmosferaattuale(76%diazotomolecolare,21%diossigenomolecolare,1%diargoe1%divaporacqueo)èilrisultatodiunacomplessaevoluzionechesarebbestatacompletamentediversaseilpianetafossestato10milionidiKmpiùvicinoalSoleo70milionipiùlontano.

LeggereilCielo


Home

Introduzione

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Pianetiniecomete

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Plutone

Marte

Il"pianetarosso"èilpiùesternodeipianetirocciosie,perdiversiaspetti,ilpiùsimileallaTerra:ilperiododirotazionedi24oreemezzael'inclinazionedell'assedirotazionesulpianodell'orbitadi24°dannoorigineall'alternarsideldìedellanotteedellequattrostagionicomesullaTerra.Benchésiapiuttostofreddoesecco,dopolaTerraècertamenteilpianetapiùabitabileedilpiùadattoaricevereunamissionespazialeconuominiabordo.

IlsuolodiMarteèquellomeglioesploratosiadasatellitiinorbita,chedasondefatteposaresulsuolo.LesondeVikingnel1976ePathfindernel1997hannorivelatochelostratosuperficialeècostituitodasilicatiedaossididiferro.Aciòèdovutoilcolorerossastrodellasuperficie.NumerosicanyonsolcanolasuperficiediMarte,ilsistemapiùimponenteèquellodellavalleMarinerischeattraversalazonaequatorialeesiestendesuquasimezzopianeta.Solorecentementesistachiarendoilquadrodicomequesticanyonpossonoessersiformati:4miliardidiannifalatemperaturadelpianetacrebbebruscamente,facendoirrompereinsuperficieunaquantitàd'acquapariaquelladelMediterraneoedelGolfodelMessicosommateassieme,provocandocatastroficheinondazioni.

Ancheseattualmentel'atmosferadianidridecarbonicahaunapressioneinferiorea1/100diquellaterrestre,ècapacedisollevarenotevoliquantitàdipolvere.Unesempiodell'azionedeiventisullasuperficiemarzianasonoledunedeidepositidisabbiabasalticaneipressidelPolonordel'esistenzadicratericompletamentespianati,appenadisegnatisuunpianoorizzontale.Letempestedipolveresisviluppanotendenzialmenteacavallodelsolstiziodiestateperl'emisferosud,quandoMarteèalperielio.Laspiegazioneèlegataallaforteeccentricitàdell'orbitadiMarte(0.09),chefasìchealperielioilpianetaassorbail45%dienergiainpiùrispettoall'afelio.

EntrambelesondeVikinghannoprelevatocampionidimaterialechesonostatiaccuratamenteanalizzatieirisultatiescludonolapresenzadimateriaorganicacomplessa.Èpossibilecheuntempol’ariamarzianaabbiacontenutonotevoliquantitàdiossigenooggiimprigionatonelsuolosottoformadiossidi.SuMarte,inaltreepoche,possonoesserestatipresentituttigliingredientinecessariallavita.

AttornoaMarteruotanoduepiccolisatelliti,PhoboseDeimos,chemostranoalpianetasemprelastessafaccia.

LeggereilCielo


Introduzione

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Pianetiniecomete

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Plutone

Pianetiniecomete

OltrechedaipianeticonilorosatellitiilSistemasolareèpopolatodaunamiriadedicorpiminoricheorbitanovicinoalSole.Questivengonoclassificati,inbaseallaloronaturaeallaloromassa,inpianetini,comete,meteoroidiepolveriinterplanetarie.Pianetiniecometenecostituisconoicomponentipiùimportantieappariscenti.Iprimisonocorpirocciosiricchidisilicatiemetalli,confinati,ingenere,inunazonapostafraleorbitediMarteediGiove,dettaFasciaAsteroidalePrincipale.Ilpiùgrande,Cerere,scopertonel1801daPiazzi,haundiametrodicirca1000Kmeraccoglieinsécircaunterzodellamassatotaledituttiipianetini;PalladeeVestahannoundiametrodicirca500Km.Allafinedel1999eranostatiscoperti63.000pianetini.Diquesti850possonoavvicinarsialSolepiùdellaTerraesonochiamati"oggettiApollo".

Lecometesonoconglomeratidighiacciealtrimaterialivolatili,unitiaroccia,chesviluppano,avvicinandosialSole,unachiomaeunaopiùcodelunghemilionidiKm.IripetutipassaggivicinoalSoleleconsumanolentamente.Poichéseneosservanosempredinuove,sipensacheesseprovenganodadueserbatoipraticamenteinesauribili:la"cinturadiKuiper",situatanelpianodell'eclitticaoltrel'orbitadiNettunoela"nubediOort"diformasfericaconunraggiodicirca50milaAU.

Leperturbazionidovuteaipianetidimassamaggiorealteranoleorbitedellecometefacendodiminuireiperiodidirivoluzione.AdesempiolacometadiHalleygiraattornoalSoleincirca76anni.

LeggereilCielo


Home

Introduzione

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Pianetiniecomete

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Plutone

Giove

DopoilSoleèilcorpopiùgrande(ilsuodiametroè11voltequelloterrestre)epesante(lasuamassaèparia318voltequelladellaTerra)delSistemasolareedèilmaggioredeipianetigassosi,corpididimensioninotevolimadibassadensità,costituitisoprattuttodaidrogenoeelio.Nonhannounasuperficiesolida,maun'atmosferamoltoestesacheinprofonditàsviluppaformidabilipressioni,mentreprobabilmentealcentrositrovaunnucleoroccioso.Sonoaccompagnatidamoltisatellitietuttisonocircondatidaunsistemadianelli.Gioveèvisibilealtelescopiocomeundiscogiallosolcatodabandechiaredette"zone"ealtrescuredette"fasce",caratterizzaterispettivamentedanubiascendenticaldeenubidiscendentifreddechesialternanocomestrisceparalleleall’equatore.

L'uniformitàdiquestodisegnoèinterrottadallacosiddetta"Grandemacchiarossa",aventeformaovaledi39milakmdilunghezzae14milakmdilarghezza.Lasuanaturanonèdeltuttocerta:dovrebbetrattarsidiunacolonnadigaschesimuoveaspiraleversol'alto,simileadunuraganoterrestre.Ilcoloreèprobabilmentedovutoallapresenzadifosfororossoozolfo.

Peresplorareinmododirettol'atmosferadiGiove,nel1989èstatalanciatalasondaGalileocomprendenteun'astronavemadreeunmodulodidiscesa,cheèstatofattocaderesulpianetaattaccatoaunparacadute.Attraversandol'atmosferaessohatrasmessodatichehannomodificatolenostreconoscenzediGiove.Ledensenubisonoimmerseinun'atmosferacostituitadaidrogenomolecolare,elioeinminimapartedametano,ammoniacaeacqua.L'abbondanzadielioèpocopiùdellametàchesulSole.Siritieneche,seGioveavesseavutounamassacirca40voltemaggiore,lasuacontrazionesarebbestatasufficienteainnescareunprocessodifusionenucleareesarebbediventatounastella.

Gioveèilpianetadotatodelpiùpotentecampomagnetico,paria4Gaussall'equatore.Lasuamagnetosferaècosìestesache,sefossevisibile,apparirebbenelcielopiùgrandedellaLunapiena.

Nel1610Galileoscoprìquattrosatellitimoltoluminosioggichiamatisatellitigalileiani:Io,Europa,GanimedeeCallisto.MentreIoeEuropasonoperlopiùcompostidisilicati,labassadensitàdiGanimedeeCallistoindicalapresenzadiunmiscugliodisilicatieghiaccio,inquantitàgrossomodoequivalenti.

LeggereilCielo


Introduzione

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Pianetiniecomete

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Plutone

Saturno

Conisuoianelli,benvisibilidaTerraancheconunpiccolotelescopioèlameravigliadelSistemasolare.Èilpianetaconlapiùbassadensitàmedia(0.69voltequelladell'acqua),ilpiùforteschiacciamentoaipoliedilmaggiornumerodisatelliti(22).

L'atmosferadiSaturnoècostituitasoprattuttodaelioedaidrogeno;quest'ultimo,legandosiconcarbonioedazoto,formaidrocarburiedammoniaca.L'atmosferadelpianetarisultadivisainfascenuvoloseparalleleall'equatore,avolteinterrottedagiganteschivorticiincuiiventiraggiungonovelocitàdi1800km/h.GlianellidiSaturnosonocostituitidaunamiriadedipiccolicorpidighiacciod'acquacherecanoallorointernogasopolveri.Questiruotanoattornoalpianetaognunoconilproprioperiodo.

LesondeVoyagerhannomessoinevidenzaunastrutturapiùcomplessa,rispettoaquelladeglianellidialtripianetiesterni.GlianellidiSaturnosiestendonoradialmentenellospaziocircostanteilpianetaper66.500Km;nonostantelalorograndeestensionehannounospessoredisolo100m;laloromassacomplessivaèparia1/100.000diquelladelpianeta.Probabilmenteglianellisisonoformatiinseguitoallafrantumazionediunsatelliteabbastanzagrande(comeMimas)perloscontroconunasteroideounacometa.QuestaipotesièconfermatadalfattochelamassatotaledeglianellièprossimaaquelladiMimas.

Il15ottobre1997èstatalanciataversoSaturnounasondadenominataCassini,chenel2004esploreràilpianetaedisatellitiminori.Daessasistaccheràunasondapiùpiccola,chiamataHuygens,chescenderàsulprincipalesatellitediSaturno,Titano,fraisatellitidelSistemasolaresecondoperdimensionisoloaGanimede.LamissionerivestemoltaimportanzainquantoTitanopresentaunadensaatmosfera(casounicotraisatellitidelSistemasolare)cheimpediscediosservarnelasuperficie.

LeggereilCielo


Introduzione

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Pianetiniecomete

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Plutone

Urano

Scopertonel1781daHerschel,èunastroverdeazzurrodisestamagnitudine.Lasuaparticolaritàèdiaverel'assedirotazionequasicontenutonelpianodell'eclittica,percuiilSoleèvisibiledaunostessopoloper42anni(metàdelperiododirivoluzione).Leorbitedeisatellitimaggiorigiaccionosulpianoequatorialedelpianeta.

L'ipotesipiùaccreditataperspiegarel'anomalainclinazionedell'assedelpianetaèbasatasuunacollisionenoncentraleconuncorpodimassasimileaquelladellaTerra.

Uranohaunadensaefreddaatmosfera(52°K)compostaprincipalmentedaidrogenomolecolare(85%)edaelio(15%):talecomposizionerispecchiaquelladellanebulosasolareprimordiale.

L'inclinazionedell'assedirotazioneelapresenzadiventianaloghiallecorrentiagettoterrestrifannosìchenonvisianograndidifferenzeditemperaturafraipoliel'equatore.Uranohaunnucleorocciosocompostodaferroesilicati,ricopertodaunoceanoghiacciatodiacqua,metanoedammoniaca.Traquestoel'atmosferasitrovaunostratodiidrogenogassoso-liquido.Recentimodelliteoriciedesperimentidilaboratoriohannoportatoasupporrechel'internodiUrano,comepurequellodiNettuno,contengacarbonioallostatodidiamante.Uranoèl'unicodeipianetigigantianonavereunapropriafonteinternadicalore.

Ilpianetapresentaunassemagneticoinclinatodicirca60°rispettoall'assedirotazioneespostatodi0.3raggiuranianidalcentro;essoruotainsensoantiorarioconlostessoperiododirotazionedelpianetadi17oreedhaun'intensitàall'equatoredi0.23G(quelloterrestreèdi0.5G).

PrimadellasondaVoyager2siconoscevano5lunee9anelli,questiultimiscopertiattraversol'osservazionedioccultazionistellari;lasondahaportatoa15ilnumerodeisatelliti(nell’ottobre1999èsalitoa21)ead11quellodeglianelliscuriecircolari;l'anelloepsilon,ilpiùesterno,haformaellitticaedunalbedoancorapiùbassodeglialtri.IdiecisatellitiscopertidalVoyager2hannodimensionimoltopiccole;duediessifungonoda"satellitipastori"perl'anelloepsilon.IlVoyager2hainoltreesaminatolecaratteristichedeicinquesatellitiprincipalichesono,dalpiùesternoalpiùinterno,Oberon,Titania,Umbriel,ArieleMiranda.

LeggereilCielo


Introduzione

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Pianetiniecomete

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Plutone

Nettuno

LascopertadiNettunocostituisceunadellepaginepiùentusiasmantidellastoriadell'astronomia.L'esistenzadiunnuovopianetafuipotizzatadaAdamseLeverrierinbasealleperturbazioniosservatesulmotodiUrano,mafueffettivamenteconfermatanel1846daGalle,chetrovòilpianetaa55'didistanzadallaposizionecalcolatadaLeverrier.

Acausadellariflessionedellalucebluedell'assorbimentodellecomponentipiùrossedapartedelmetanoatmosfericoNettunociapparecomeunaperlaturchesevariegatadibianco.

LasondaVoyager2hafotografatounagrandemacchiascurachesiestendeperoltre10000Km,ruotanteinsensoantiorario,permoltiaspettisimileallagrandemacchiadiGiove.Lasondahapotutoindividuarenumerosealtrestrutturenell'atmosferadelpianeta:violentetempesteeciclonisemipermanentidiformaovaleelunghecatenedinubibianche,similiacirrigiganteschi.

IlcampomagneticodiNettunohaun'intensitàdellostessoordinedigrandezzadiquellodiUranoepuòessereapprossimatoconquellodiundipolo;inaspettatamentel'assemagneticoèinclinatodi47°rispettoall'assedirotazione.AttornoaNettunoruotanocinqueanelli,laloropeculiaritàconsistenelfattochealcunihannounalarghezzavariabile:adarchisottilissimiseguonoaltrimoltogrossi.

Delle8lunelapiùinteressanteèTritone,unodeisatellitipiùgrandidelSistemasolare,chepercorreun'orbitacircolareconmotoretrogrado.LagrandelunadiNettunopresentaunnumerodicrateripiuttostocontenutoequindi,daunpuntodivistageologico,lasuasuperficieègiovane.Avvoltodaunatenueatmosferadiazoto,presentadellefendituredidistensionedettegrabenemacchiescurecausateprobabilmentedavaporifuoriuscitidageyser.Latemperaturaèestremamentebassa,38°K

.

LeggereilCielo


Introduzione

Mercurio

Venere

Terra

Marte

Pianetiniecomete

Giove

Saturno

Urano

Nettuno

Plutone

Plutone

PiùpiccolodellaLuna,Plutonefuscopertonel1930daC.W.Tombaugh;Plutoneèl'unicopianetaanonesserestatoesploratodasondespaziali.

Nel1978fuscopertoilsatelliteCaronte,fontedinumeroseinformazionisulpianeta.LemisuredelperiodoorbitaledelsistemaPlutone-Caronte(6.387giorni)edellalorodistanzamedia(19640Km)hannopermessoilcalcolodellasommadelleloromasse(1/400diquellaterrrestre).

Frail1985eil1990laTerrasièvenutaatrovaresulpianodell'orbitadiCaronteattornoaPlutone;intalesituazione,dallaTerral'orbitaèvista"ditaglio"edèpossibileosservarelemutueeclissi;lalorodurata(circa4ore)hapermessodicalcolareildiametrodiPlutone(2284Km)equellodiCaronte(1190Km).Ilrapportodelleloromasse(circa1:12)èilpiùaltonelSistemasolare,tantocheilsistemaPlutone-Carontepuòessereconsideratocomeunpianetadoppio.

DallamassatotaleedaidiametridelsistemaPlutone-Caronte,siricavaunadensitàmediapariacirca2.07g/cm3,piùaltadiquelladeipianetigassosi,cheindicachePlutonepossiedeungrandenucleoroccioso.PlutoneèmoltosimileaTritone,satellitediNettuno.Ciòsuggeriscecheentrambisisianoformaticomecorpiindipendentinelleregionipiùesternedellanubesolareprimordiale,eccolaragionedellalorosomiglianzachimica;inseguitoTritonesarebbestatocatturatodaNettuno.

Dallasintesidimoltefotopresedall'HubbleSpaceTelescopesièscopertochelasuperficiediPlutonepresentaforticontrasti;questemacchiecausanovariazionidiluminositàdurantelasuarotazioneedhannopermessoilcalcolodelperiododirotazioneelaverificadelfattocheilsistemaPlutone-Caronteèsincrono,cioèentrambiicorpisirivolgonosemprelastessafaccia.

Nelgiugnodel1988Plutonetransitòdavantiadunastellae,grazieall'eclissidiquesta,sonostatiacquisitinuovielementicircalacomposizionedellasuaatmosfera.Durantel'occultazionelaluminositàdellastellahasubitoundecrementoprogressivodovutoall'assorbimentoeallarifrazionedapartediunatenueatmosferadiazoto,monossidodicarbonioemetano.QuandoilpianetasiavvicinaalSole,ilriscaldamentoprovocalasublimazionediunapartedellasuasuperficie,comeavvieneperlecomete.

Plutonepuòforseessereconsideratol'esempiopiùgrandeeriflettentediunanuovaclassedioggettidenominatiPlutini,chegiranoattornoalSolesuorbiteesterneaNettuno,efannopartedelgruppopiùampiodeiKuiperBeltObjects(KBO);questisidifferenzianodallecometeperchéleloroorbitenonsonotroppoinclinatesull'eclittica.

LeggereilCielo

L'esplorazionedelSistemasolarePierluigiBattistini

LemissioniversoVenereeMercurio

LemissioniversoMarte

Lemissioniversiipianetiesterni


Dalleprimissimemissioniagliinizideglianni'60sonocircaquarant'annidiesplorazione.FacciamounbilanciodifinesecoloriportandoleprincipalimissioniversoipianetidelSistemasolare.

Sputnik7-4febbraio1961-LaprimasondalanciataversoVenere.Illancioebbesuccesso,mafallìiltrasferimentodall'orbitaterrestreaquellainterplanetaria.Venera1-12febbraio1961-Lanciataconsuccesso,iniziòilsuovoloversoVenere,mail19febbraio,7giornidopoillancio,fupersoilcontattomentrelasondaeraacirca2milionidikmdallaTerra.Mariner1-22luglio1962-LaprimasondaamericanalanciataversoVenerefuilMariner1,ma,acausadiunguasto,sidovetteprocedereall'autodistruzionedelvettoreditrasporto,all'altezzadi160km,permotividisicurezza.Mariner2-26agosto1962-DestinatoasorvolareVenere,arrivòil14dicembre1962esorvolòconsuccessoilpianetada34.800kmdidistanza.L'ultimatrasmissionefuricevutail3gennaio1963.Misurò,medianteunradiometroamicroonde,unatemperaturasuperficialedi430ºC,confermandolemisuredaTerra,erilevandol'assenzadiuncampomagneticointornoalpianeta.Venera2-12novembre1965-Lanciataconsuccesso,furonopersiicontattiprimachepotesseraggiungereilpianeta.Venera3-16novembre1965-Destinataadatterraresulpianeta,arrivòilprimodimarzo1966.Ilsistemadicomunicazionefudistruttodall'impatto;nonfuronoquindiricevutidati.Venera4-12giugno1967-Entrònell'atmosferadiVenereesganciòduetermometri,unbarometro,unradioaltimetroedunostrumentoperlamisuradelladensità.Trasmisedatiper94minutifinoadunaaltezzadi24,96kmdalsuolo,poiinterruppeilcontatto.Mariner5-14giugno1967-QuestasondaeradestinataasorvolareMarte;fuinvecedecisodiinviarlaversoVenere.Passòa4.000kmdallasuperficiedelpianetail19ottobre1967.Isuoistrumentieffettuarono,fral'altro,misuredelcampomagneticodelpianetaediquellointerplanetario.Lamissionefucompiutaconpienosuccesso.Venera5-5gennaio1969-MoltosimileaVenera4,il16maggio1969,mentrescendevacolparacadutenell'atmosferadiVeneretrasmisedatiper53minuti.Venera6-10gennaio1969-Simileallaprecedente,trasmisedatiper51minuti,il17maggio1969,mentrescendevanell'atmosfera.Traivaridatiraccoltidalleduesondefurilevataunapercentualedianidridecarbonicaatmosfericadel97%.Venera7-17agosto1970-Costruitapersopportareoltre500°Cditemperaturae180kg/cm2dipressione:essaatterròsullasuperficiediVenereil15dicembre1970etrasmisedatiper23minutiprimadiesseremessafuoriusodallecondizioniambientali.Lasondamisuròunatemperaturaallasuperficiedioltre470°Ceunapressione90voltesuperioreaquellaterrestre.Fuilprimoapparecchio

costruitodall’uomoatrasmetteredatidallasuperficiediunaltropianeta.Venera8-27marzo1972-Entrònell'atmosferadiVenereil22luglio1972erilasciòunasondacheatterròsullasuperficie.Trasmisedatisull'ambientevenusianoper50minutiemisuròl’intensitàdellalucesullasuperficieplanetaria.ContrariamentealleprevisionilasuperficiediVenereèrisultataabbastanzaluminosadaconsentireripresefotografichesenzailluminazioneartificiale.Questasonda,facendomisuresulleroccecircostantiilpuntodiatterraggiotrovòunapercentualedielementiqualipotassio,uranioetoriosimilialleroccegraniticheterrestritipichedeicontinenti.Mariner10-3novembre1973-FuilsettimolancioeseguitoconsuccessodellaserieMariner.Èstatalaprimamissionecheprevedeval'utilizzodellaforzagravitazionalediunpianeta(Venere)perraggiungerneunaltro(Mercurio).SorvolòVenereil5febbraio1974daunadistanzadi4200km.Intersecòpoil'orbitadiMercurioil24marzo1974daunadistanzadicirca704kmdallasuperficiedelpianeta.UnsecondoincontroconMercuriosiebbeil21settembredellostessoannodaunadistanzadi47000km.Unterzoedultimoincontrosiebbe,daunadistanzadisoli327kmil16marzo1975.Lamissioneterminòil24marzoquandolariservadigasperilcontrollodell'orientamentodellasondasiesaurì.Furonoraccoltemigliaiadifotografiedell'atmosferadiVenereedellasuperficiediMercurio.Nota:Fugrazieaicalcolidelprof.GiuseppeColombo(professoredimeccanicadellevibrazioniall'UniversitàdiPadova,prematuramentescomparso)chelasondapotésorvolareMercuriononunavolta,comeerainizialmenteprevistoneipianidellaNASA,mabentrevolte.Venera9-8giugno1975-HainiziatounanuovagenerazionedisondespazialiperlostudiodiVenere.Eracostituitadiunveicolodestinatoarimanereinorbitaattornoalpianeta(orbiter)ediunodestinatoadatterrare(lander).Laseparazionefraidueavvenneil20ottobre1975eillanderatterròilgiorno22colsoleallozenith.Riuscìaoperareper53minutisullasuperficiedelpianeta.Furonotrovatinuovicostituentidell'atmosferacomeHCl,HF,Br,edI;fumisurataunapressionealsuolodi90atmosfereedunatemperaturasuperficialedi485ºC;furonomisuratilivellidiilluminazioneconfrontabiliconquelliterrestriallemedielatitudiniinungiornoestivoconcielocoperto;furonoancheripresediverseimmaginitelevisivedelsuoloincuisivedonovarieroccedelledimensionidi30-40cmesentidaerosione,l'atmosferasipresentalimpidaeprivadipolveriinsospensione.Venera10-14giugno1975-Comelaprecedente.Laseparazionedallanderavvenneil23ottobre1975equest'ultimoatterròilgiorno25.Trasmisealcuneimmaginitelevisivedelsuolo.PioneerVenus1-20maggio1978-DettoanchePioneerVenusOrbiterèlaprimadiduesondeunadestinataadorbitareattornoalpianetael'altra(PioneerVenus2)asganciarequattrosondeminorinell'atmosferadiVenere.Entratoinorbitail4dicembre1978hatrasmessodatiavarieripresefinoall'agostodel1992.Hafattomisuredettagliatedellaionosferaedell'altaatmosferanonchédell'interazionedellaionosferadiVenerecolventosolare.PioneerVenus2-8agosto1978-DettoanchePioneerVenusProbeBus.LequattrosondeatmosferichesisonosganciatediversigiorniprimadiraggiungereVenere.Duediquestepiccolesondesonoentratenell'atmosferadiVeneredallaparteinombra,lealtredue,unapiccolaedunapiùgrande,sonoentratedallaparteilluminata.IlBusasuavoltaèentratonell'atmosferaedhatrasmessodatifinchénonsièdistruttoadunaaltezzadi15kmdallasuperficie.Venera11-9settembre1978-AssiemeaVenera12costituisceunamissioneadueveicoliperlostudiodiVenereedelmezzointerplanetario.IlsorvolodiVenereavvenneil25dicembre1978adunaaltezzadi34.000km.Illander,compiutounatterraggiomorbido,trasmisedatipercircaun’ora.

Venera12-14settembre1978-Comelaprecedente.SorvolòVenereil21dicembre1978adunaaltezzadi34000km.Illandercostruitoprincipalmenteperlostudiodellacomposizionechimicadell'atmosferaatterròsenzaproblemi.Venera13-30ottobre1981-Atterròilprimomarzo1982nellaregionePhoebe.Haraccoltodatiprincipalmentesullacomposizionechimicaeisotopica.Duranteladiscesanell'atmosferaregistròintensescaricheelettriche.Venera14-4novembre1981-Atterròa930chilometriasud-estdellaprecedenteil5marzo1982.Venera15-2giugno1983-AssiemeaVenera16costituisceunamissioneadueveicoliperlostudiodettagliatodellasuperficiemediantetecnicheradar.Furonoposteinorbitaquasipolareefornironounamappadelpianetadalpolonordfinoacirca30gradidilatitudineN.Venera16-7giugno1983-VediVenera15.Vega1-15dicembre1984-Destinata,comelasuagemellaVega2,araggiungereVenereeadutilizzarelasuagravitàperesseredirettaversolacometadiHalley,rilasciòunasondasulpianetal'11giugno1985efuilprimoveicoloaraggiungereHalleyil6marzo1986.Vega2-21dicembre1984-Comelaprecedente.RaggiunselacometadiHalleytregiornidopo.Magellan-4maggio1989-Missioneamericanaabassocostodotatadiunradaradaperturasinteticaedestinata,unavoltapostainorbitaquasipolare,afornire:unamapparadarglobalediVenereconunarisoluzioneotticaequivalentedi1km;unamappatopograficaglobaleconunarisoluzionespazialedi50kmedi100minaltitudine;ilcampogravitazionalesullasuperficieconunarisoluzionespazialedi700kmedunaaccuratezzadi2-3milligal(1gal=1cm/s2);informazionisullastrutturageologicadelpianeta,sulladistribuzionedidensitàesulladinamicaeventualedellezolle.Durantelaprimafase(dall'arrivoil15settembre1990finoal15maggiodel1991)haeseguitounaripresaradardell'84%delsuolodiVenere.Nellasecondafase,finoal15gennaio1992,haraccoltoimmaginidellaregionepolaresudedhariempitolelacunedellaprimafase.Nellaterzafase(dal24gennaio1992al15settembre1992)hacompletatoleprimeduefasi.Nellaquarta(finoalmaggio1993)haraccoltodatisullagravità.Successivamente(dal24maggioal2agosto1993)haeffettuatounamanovradi"aerobraking"perporsiinorbitamenoeccentrica.Nellaquintafase(dal3agosto1993al29agosto1994)haraccoltodatiadaltarisoluzionesulcampogravitazionaleperil95%delpianeta.Infineèstatolanciatosulpianetaperottenere,durantel'attraversamentodell'atmosfera,datisullasuadensità;sièpersoilcontattoil12ottobre1994eprobabilmenteèbruciatounooduegiornidopo.

LeggereilCielo

L'esplorazionedelSistemasolarePierluigiBattistini





Mars1-1novembre1962-LaprimasondasovieticalanciataconsuccessoversoMarte:siperseilcontattoacirca190.000kmdalpianeta.Mariner3-5novembre1964-Laprimasondaamericanainviataversoilpianetarosso:fupersoilcontattoelasondarimaseinorbitasolare.Mariner4-28novembre1964-Raggiunselametail14luglio1965,arrivandoacirca9850kmdaMarte.Lasondatrasmiseunaventinadiimmaginitelevisivedellasuperficieche,sebbenenoneccezionalmentenitide,bastaronoperridimensionareleaspettativesullapossibilitàdiesistenzadiqualcheformadivitadiffusa.Lasondamisurandolarifrazionedelleonderadiorilevòunapressioneatmosfericadi8millibar(0,8%diquellaterrestre),euncampomagnetico3000volteinferioreaquellodellaTerra.Zond2-30novembre1964-Siperseroicontattinelmaggiodel1965.Mariner6-24febbraio1969-Il31luglio1969arrivòal3400kmdalpianeta;trasmise75immaginidicuiunatrentinaripreseda1milionedikmelerimanentiadistanzaravvicinatadall'emisferomeridionale.Lasondaeradotatadiduetelecamere,dispettrometrieradiometriall'infrarossoeultraviolettoperlostudiodellacomposizioneatmosfericaelarilevazionedelletemperature.Leimmaginidelpianeta,piùnitidediquelleripresedalMariner4,mostraronouncorpodeserticoconcraterisparsi,mentrelemacchievisibilidallaTerrasvanironoconilprogressivoavvicinarsidellasondaalpianeta:talimacchienoneranodovuteaparticolaridellasuperficieplanetariamaazonechepresentavanounadiversariflettivitàperlacomposizionedelsuolo.Lasondaconfermòunapressioneatmosfericadi6/7millibar,misuròtemperaturedi-125°Calpolosude-73°Cnotturniall'equatore;rilevòchelacomponenteprincipaledell'atmosferaeral'anidridecarbonica.Mariner7-27marzo1969-ArrivatoallaminimadistanzadaMarteil4agosto1969,trasmise126fotodell'emisferomeridionale.Mariner8-8maggio1971-Fallìillancio8conlacadutanell'OceanoAtlanticodelmodulospaziale.Cosmos419-10maggio1971-Bruciòil12maggionell’atmosferaterrestre.Mars2-19maggio1971-Questasonda,cheraggiunseilpianetail27novembre1971,eracompostadadueveicoli,ilMars2orbiterchesicollocòsuun'orbitafortementeellitticaeilMars2landerchedovevascenderesullasuperficiepercompiererilievisull'ambientemarziano.Purtroppoillandersischiantòsullasuperficiedelpianetamentrel'orbiter,conabordo2telecamereevaristrumentiscientifici,trasmisedatisull'atmosfera.Mars3-28maggio1971-Questasonda,arrivataadestinazioneil2dicembre1971,gemelladelMars2,erasemprecompostadadueveicoli,unodestinatoadorbitareintornoalpianetael'altroacompiereunatterraggiomorbidosullasuperficie.StavoltailMarslanderriuscìadatterraresullasuperficiediMarte,mailcontattovennepersodopocirca20secondienonvennetrasmessoalcun

datoutile.Mariner9-30maggio1971-ArrivòsuMarteil13novembre1971inserendosisuun'orbitamoltoellittica.All'arrivodellasondaeraincorsosuMarteunatempestadisabbiacheimpedìleripresedisuperficiefattaeccezioneperlecimevulcanichepiùaltecherisultavanovisibili.Dopoalcunesettimane,alterminedelletempestedisabbia,lasonda(riprogrammatadallaTerra)trasmisepiùdi7300fotografiedellasuperficieedeisatelliti,conunarisoluzionemassimadell'ordinedelchilometro.Questeriprese,checoprironocircail70%dellasuperficie,rivoluzionaronocompletamentelaconoscenzadellasuperficiemarzianaefuronoindispensabiliperprogrammarelezonediatterraggiodellemissioniViking.Glialtristrumentipresentisullasondaeffettuaronostudidettagliatisullacomposizionedell'atmosferaedelsuolotrasmettendounagrandissimaquantitàdidati.Ilcontattoconlasondafupersoil27ottobre1971dopooltre500giornidiattività,dicuiquasiunannoinorbitaattornoaMarte.Viking1-20agosto1975-LesondeVikingcomprendevanoduevelivolicomeiMarssovietici:unoprogettatoperentrareinorbitaintornoaMarteel'altrodestinatoadatterraresullasuasuperficie.Lasondaarrivòneipressidelpianetail19giugno1976;iduemodulinonsisepararonosubitomal'atterraggiofuposticipatoperlasceltadiunluogopiùidoneodiquelloprogrammatoutilizzandoleripresedelMariner9.Adifferenzadellemissionisovietiche,dovetuttalamissionevenivaprestabilitadaterra,nellesondeViking(comenelMariner9)potevanoessereeseguitevariazionisuiprogrammidellamissione,aumentandocosìnotevolmenteleprobabilitàdiriuscitaanchedifronteasituazioniimprevisteeconsentendoilperfezionamentodellescelteinizialinelcorsodellemissionestessa.Il20luglio1976illanderdelViking1atterròconsuccessoaChrysePlanitia,nell'emisferosettentrionale(a48°dilatitudinenorde226°dilongitudineovest),mentrel'orbitercontinuavailsuomotointornoalpianeta.IllanderdelViking1interruppelecomunicazioniconlaTerranell'apriledel1980,dopoquasi4annidiattività.Viking2-9settembre1975-Arrivòadestinazioneil7agosto1976,eilsuolanderatterròconsuccessoil3settembre1976aUtopiaPlanitia,inunalocalità(situataa22°dilatitudinenorde47°dilongitudineovest)distantecirca6500kmdalViking1.Martevenivacontemporaneamentestudiatodalleduesondeorbitanti(orbiter)edaiduelandersullasuperficie.LetelecameredegliorbiterfotografaronolasuperficiediMarteconunarisoluzionechearrivavafinoapochedecinedimetri,fornendoimmaginiacoloriestereoscopiche.Trasmiserooltre40.000fotodelpianetarivelandounagrandevarietàdicrateri,pianuremodellatedaantichighiaccieinvasedaanticheinondazioni,altopianiecanalimodellatidalleacque,probabilmenteesistenti2o3miliardidiannifa,canyoneimmaginiravvicinatediimmensivulcanispenticomeilmonteOlympus.FuronotrasmesseancheimmaginiadaltissimarisoluzionedeisatellitiPhoboseDeimoscheinalcuneripreserivelavanoparticolaridipochimetrididiametro.Gliorbiterhannoinoltreconfermatochelecalottepolarisonocomposteoltrechedaanidridecarbonicaanchedaghiacciod'acqua.Iduemoduli,ubicatia6500kmdidistanzal'unodall'altro,effettuaronomolteanalisidelsuolo,manonfuronorivelatetraccedivita.Ancheletelecameredicuieranodotatiilandereconlequalisiottennero4500immaginiravvicinatedellasuperficienonrivelaronosegnidivita.L'esistenzadiunaformadivitacomplessaeragiàstatascartatanelleprecedentimissioni;coniVikingnonsonostateindividuateneppureformedivitapiùsemplici.IllanderdelViking2interruppelecomunicazioniconlaTerranelnovembre1982,dopoquasi6annidiattività.Phobos1-7luglio1988-DestinataadatterraresullaomonimalunadiMarte,nelsettembredel1988venneropersiicontatti.Phobos2-12luglio1988-Avevaunprogrammasimilealla

precedente.EntròinorbitaintornoaMarteil29luglio1989etrasmisedatifinoal27marzo1990,maquandoiniziòadavvicinarsialsatellitevennerodefinitivamentepersiicontatti.MarsObserver-25settembre1992-Dovevaesserelaprimadiunaseriedimissionidestinateastudiarelageologiael'atmosferadiMarte.Illancioebbesuccessomafupersoilcontattoil21agosto1993,tregiorniprimadelprevistoingressoinorbitamarziana.Mars94--Lamissione,compostadiunorbiter,duelandereduepiccolesondedestinateapenetrarenelsuolomarziano,fallì.MarsGobalSurveyor-7novembre1996-Destinataadorbitareperdueanniinorbitapolarealloscopodifornireunamappadettagliatadellasuperficiemarzianaperquantoriguardamorfologia,topografia,composizione,gravità,dinamicadell'atmosferaecampomagnetico.ÈarrivatasuMarteil12settembre1997e,acausadialcunimalfunzionamenti,hainiziatolafasedipresadatinell'apriledel1999.Èancorainpienaattività.LasondaèstatacostruitautilizzandopartedellestrumentazioniprogettateperlaMarsObserver,oltreanuovistrumentitraiqualiricordiamo:unospettrometroinfrarossopermisurareilriscaldamentoeraffreddamentodiurnodelsuolo,analizzarelasuacomposizioneminerale,studiarel'atmosferaelenubidipolvere;unaltimetrolaserpermapparelamorfologiaverticaledelterritorioconunarisoluzionedi10metri;unmagnetometroperindividuarelapresenzadiuneventualecampomagnetico,telecamereperotteneremappatureagrandecampoeadaltarisoluzionedell'interopianetafinoadottenereparticolaridisoli2o3metri.IlsistemaditelecomunicazionivieneutilizzatoancheperlostudiodelcampogravitazionaledelpianetachepermetteràdiricavareinformazionisullacrostaesullacostituzioneinternadiMarte.MarsPathfinder-4dicembre1996-Lasonda,destinataadatterraresuMarte,èentratanell'atmosferadelpianetail4luglio1997direttamentedall'orbitaditrasferimentoadunavelocitàdi7300m/s.Percirca3mesihainviatosullaTerraungrandequantitàdidatiancheutilizzandoilRoverSojourner,unveicoloaseiruotechehapercorsolasuperficieattornoallastazionefinoadunadistanzadialcunedecinedimetri.MarsClimateOrbiter-10dicembre1998-Questasonda,destinataadentrareinorbitamarzianail23settembre1999,elasuccessivafannopartedelprogettoMarsSurveyor98.Purtroppo,perunerroreneltrasferimentodiinformazionifrailgrupporesponsabiledelveicoloinColoradoeilgrupporesponsabiledellanavigazioneinCalifornia,èfallitalamanovradiinserimentoinorbitamarziana.Lasondadopounpaiodimesidiaerobrakingeradestinataadentrareinorbitadefinitivaperiniziarelaraccoltadidatiscientifici,principalmenteperlostudiodelclimamarziano.MarsPolarLander-3gennaio1999-AncheilMarsPolarLander,destinatoadatterraresulpianetail3dicembre1999,inunaregioneprossimaallacalottapolarenord,hapurtroppofallitolasuamissione.DuranteladiscesaavrebbedovutoinviaresullasuperficiediMarteduepiccolissimesonde(delledimensionidiunapalladabaseball)chearrivandoadunavelocitàdicirca200m/sesprofondandonelsuolomarzianopercirca2metriavrebberodovutoinviarepoiaterradatisulsottosuolo.Planet-B(Nozomi)-Questasonda,fruttodiunacollaborazioneinternazionaleconacapoilGiappone,furibattezzata"Nozomi"(speranzaingiapponese)dopoillancioeffettuatoconsuccesso.Avrebbedovutoraggiungereilpianetarossonell'ottobre1999,ma,durantel'accensionediunmotoreinoccasionedellamanovradi"gravityassist"invicinanzadellaLuna,unavalvolasièapertainmodoirregolareedilveicoloèfinitofuorirotta.RaggiungeràcomunqueMartenelgennaiodel2004.

LeggereilCielo

L'esplorazionedelSistemasolarePierluigiBattistiniHome




Lemissioniversoipianetiesterni

Pioneer10-Lancio:3marzo1972;Giove:3dicembre1973-Nelfebbraiodel1969venivavaratoilprogrammaperlacostruzionediduesondeinterplanetariedainviareversoipianetiesterniGioveeSaturno;questesondevennerobattezzatePioneer10e11.LaprimasorvolòGiovedacirca130.000kmil3dicembre1973.Inviòaterrapiùdi300fotografiedelpianeta,dellaGrandeMacchiaRossaedellelunegalileianesebbene,diquesteultime,leimmaginifosseropocheedibassarisoluzione.Inoltreverificòchel'eliosfera,cioèilventosolareèestesooltreGioveedeffettuòmisurazionidelcampomagneticodelpianetacherisultò12voltepiùintensodiquelloterrestre.TerminatalasuamissioneilPioneer10sidiresseversoiconfinidelSistemasolarechevennerosuperatiil13giugno1983conl'attraversamentodell'orbitadiNettunoche,inquelpunto,erapiùesternadiquelladiPlutone.Lamissioneènominalmenteterminatail31marzo1997,maicontattinonsonoancorastatipersi:ilprimoottobre1998lasondasitrovavaadunadistanzadallaterradi10,57miliardidichilometri(19oree34minutiluce).Pioneer11-Lancio:6aprile1973;Giove:4dicembre1974;Saturno:1settembre1979-SorvolòGioveneldicembredel1974,inviò130fotodellasuperficieplanetariaeripresealcunisatellitisempreconbassarisoluzione,scoprendoilpolosudghiacciatodiCallisto.ComeilPioneer10anchel'11effettuòmisurazionisullamagnetosferael'atmosferadiGiove;quindi,sfruttandol'attrazionegravitazionaledelpianeta,fuproiettatoversoSaturnocheraggiunseilprimosettembre1979.Scoprìlapresenzadiunnuovoanello,battezzatoF,ediunnuovosatellitenellesuevicinanze.Questamissioneeraimportantesiaperraccogliereinformazionipreliminarisull'ambientediSaturnocheperriprogrammarealmeglioletraiettoriedellesondeVoyager,cheinquelperiodoavevanoappenasuperatoGioveederanodirettealorovoltaversoSaturno.IlPioneer11inviòleprimefotoravvicinatediSaturno,deisuoianelliedellesuelune(sorvolòTitanoda360.000km);inoltremisuròilcampomagneticodelpianetacherisultò1000voltepiùintensorispettoaquelloterrestre.LaNASA,il30settembre1995,interruppelecomunicazioniconlasondachesitrovava,dopooltrevent'annidiattività,incattivecondizionioperativeacirca6,5miliardidikmdallaTerra.Voyager1-Lancio:5settembre1977;Giove:5marzo1979;Saturno:12novembre1980-NeiprimiannisettantalaNASAiniziòilprogettoperlacostruzionedelleduesondegemelleVoyager1e2destinatearitornaresuGioveeSaturno,perpoispingerel'esplorazione(conilVoyager2)finoaipianetiUranoeNettuno.IlVoyager1chegiunseadestinazioneil5marzo1979,inanticiposull’altrasondapartitaprimaperchéviaggiòsuunatraiettoriapiùcorta;sorvolòGioveda22.000kmedoltreadottenereimmaginieccellentidelpianeta,fornìancheripreseadaltarisoluzionediIo,GanimedeeCallisto;suIoscoprìalmeno12vulcaniattivi.Venneconfermatal'esistenzadell'anellodiGiove,furonoscoperte3nuoveluneemisuratal'estensioneeivaloridellamagnetosferagiovianacherisultòlapiùestesaedintensafraipianetidelSistemaSolare.

IlVoyager1continuòquindiilsuoviaggioversoSaturno,cheraggiunseil12novembre1980.Sorvolòl'emisferomeridionalediSaturnoosservandoilpianoinferioredeglianelliediversisatelliti.L'11novembre1980ilVoyager1sorvolòTitano(ilsatellitemaggiorediSaturnocondiametrodi5150km)dacirca7000km,rivelandoun'uniformeatmosferarossastra(coloreforsedovutoall'Azotoealmetano)cheimpedivaripresedellasuperficie;l'atmosferadiTitanorisultòcompostaprincipalmentedaAzoto,metanoeArgonadunatemperaturadi-180°C,mentrelapressionealsuolorisultòdicirca1,5atmosfere.ConclusalamissioneprincipaleiVoyagersonoancoraattiviperlaVoyagerInterstellarMissionchesiprevedepotràproseguireancoraperunpaiodidecenni.IlVoyager1l'11settembre1998sitrovavaadunadistanzadi10miliardie689milionidikm(19oree51minutiluce).Voyager2-Lancio:20agosto1977;Giove:9luglio1979;Saturno:26agosto1981;Urano:24gennaio1986;Nettuno:25agosto1989-IlVoyager2chesorvolòGioveil9luglio1979da700.000km.SorvolòquindiEuropa,GanimedeeCallisto;ripreseinoltreIodacirca1.000.000dikmconfermandol'intensaattivitàvulcanicadelsatellite.PoiilVoyager2proseguìilsuoviaggioversoSaturnocheraggiunseil25agosto1981econtinuòsuccessivamenteallavoltadiUrano,raggiuntonelgennaiodel1986,eNettunonell'agostodel1989.IVoyager,oltreamigliorareleconoscenzeeadefiniremegliolaformaelecaratteristichedelcampomagneticodiGiove,hannoverificatocheilsatelliteIoèconnessoalpianetadaunflussodielettronieioni;questoflussotrasportaunacorrentedi5milionidiampèrechefluiscedaIoaGioveattraversoilcampomagneticodiquest'ultimo.Anchequestasonda,dal1989,partecipaallaVoyagerInterstellarMission.L''11settembre1998sitrovavaadunadistanzadi8miliardie348milionidikm(15oree21minutiluce).Ulysses-Lancio:6ottobre1990;Giove:8febbraio1992-LanciatodalloSpaceShuttleDiscovery,haraggiuntoGiovenelfebbraiodel1992,doveunamanovradi"gravityassist"lohapostoinun'orbitasolarepolare,dallaqualehapotutoosservareilpolosuddelSolenel1994eilpolonordnel1995.LamissioneUlissehaesploratoperlaprimavoltal'eliosferaadaltelatitudinilontanodalpianodell'eclittica.Iprincipalirisultatidiquestamissionesonostatilostudiodelleproprietàdellacoronasolareadaltelatitudini,delventosolare,delcampomagneticodell'eliosferadeiraggicosmicigalatticiedelleondediplasma.Galileo-Lancio:18ottobre1989;Venere:10febbraio1990;Terra:8dicembre1990;Gaspra:29ottobre1991;Terra:8dicembre1992;Ida:28agosto1993;Giove:7dicembre1995-LasondaGalileoècostituitadaduemoduli:unorbiter,destinatoadentrareinorbitaintornoaGioveeunveicolo(Probe),costruitoperpenetrarenell'atmosferadelpianetaedanalizzarla.Inizialmenteilviaggiodellasondafuprevistoindueanniemezzoconun'orbitadirettaversoGiove,ma,acausadellatragicaesplosionedelloSpaceShuttleavvenutanelgennaiodel1986,venneabbandonatoilprogettodiutilizzarecomepropulsoreilrazzoCentaurusadidrogenoedossigenoliquidiafavoredelpiùsicuro,mamenopotente,razzobistadioIUSapropellentisolidi.Questocomportòunnotevoleaumentodeitempiedellacomplessitàdelviaggio;l'orbitastudiataperlasondasiavvalevadellatecnicadel"gravityassist",conlaqualeilveicolospaziale,utilizzandolaspintagravitazionaledellaTerraediVenere,avrebbeacquistatolavelocitànecessariaperarrivareadestinazione.LaGalileovennelanciatadaCapeCanaveralil29ottobredel1989conarrivosuGioveprevistoperildicembre1995,dopo6annicomplessividiviaggio.Nell'apriledel'91lamancataaperturadell'antennaadaltoguadagnofuungravissimoincidenteingradodipregiudicareilrisultatodellamissione;l'antennaadombrellononsiaprìcompletamenteegliinnumerevolitentativifattipersbloccarlanonservironoanulla.L'unica

speranza,pernonpregiudicarelamissione,eradiutilizzarel'antennaabassoguadagnoconunanotevolissimaperditadiefficienzanellatrasmissionedeidati.AquestoscopolaGalileovennecompletamenteriprogrammatatrailgennaioeilfebbraiodel1995,evenneroinoltrepotenziatelestazionidiricezioneaterra.Il7dicembredel1995ilProbepenetrònell'atmosferadiGiove,mentrel'orbitersiimmettevainorbitaintornoalpianeta.Lacapsulapenetròallavelocitàdi170.000km/hprotettadalloscudotermicochelafecedecelerareesiriscaldòfinoa12.000°C;seguironoquindil'aperturadelparacadute,ildistaccodelloscudotermicoefinalmenteglistrumentiiniziaronolaraccoltadati.Lacapsulaatmosfericapenetròfinoa156kmdiprofonditàrispettoallazonadiriferimentodell'atmosferagioviana(chepresentalapressionedi1bar)primadiinterromperelatrasmissionedatiallasondamadre;aquellaprofonditàlapressioneeradi23atmosfereelatemperaturadi150°C.Lamissionedell'orbitereraquelladicompierepassaggiravvicinatieripetutideisatellitiGanimede,CallistoedEuropa,perfornireimmaginiadaltissimarisoluzionedellelorosuperfici.Lamissioneèstataterminataconsuccessoneldicembredel1997.Datalabuonasalutedellasonda,apartiredalgennaio1998èstataavviatalaGalileoEuropaMissionconloscopodirivolgereparticolareattenzioneaquestosatelliteprobabilecandidatoadospitareacquaallostatoliquidoequindiformedivitaprimitivealdisottodellasuperficie.Anchequest'ultimafaseèstatacompiutaconunsuccessomoltosuperiorealleaspettativeCassini-Lancio:15ottobre1997;Venere:26aprile1998;Venere:giugno1999;Terra:agosto1999;Giove:dicembre2000;Titano:luglio2004;Saturno:luglio2004-Nell'ottobredel1997lagrandesondaCassinihainiziatoilsuolungoviaggiocondestinazioneSaturno.LamissioneèilfruttodiunacollaborazioneinternazionalechecoinvolgelaNASA,l’ESA(AgenziaSpazialeEuropea),l'ASI(AgenziaSpazialeItaliana)ealcunialtripartnerseuropeisiaaccademicicheindustriali.Numerosesofisticateapparecchiaturescientificheeffettueranno27esperimentiericerchedestinatiadindagareimisteridelpianeta.Lasondaècostituitadidueparti:unadestinataarimanereinorbitaattornoaSaturnoedunadestinataadatterraresulsatelliteTitano.L'interesseperquest'ultimoèdovutosoprattuttoalfattochepossiedeunaatmosferaedilsuoambiente,nonostantelabassatemperatura,èprobabilmentesimileaquellodellaterraprimordiale.Secondoilprogramma,Cassinidovràinviareisuoidatiscientificiaterrafrail2004eil2008.

LeggereilCielo

Dovesonoglialtri?GiorgioG.C.Palumbo

Laricercadivitaintelligenteepianetiabitabilinell'Universo

Lamattinadigiovedì17febbraiodel2000sarannotrascorsi400annidaquandoGiordanoBrunovennemessoalrogoinPiazzadeiFioriaRomaperaversostenuto,neisuoiscritti,che"...lamagnificenzadiDioèglorificatanoninunomainmillesoli;noninunaterra,unsingolomondo,mainmigliaiadimigliaia,iodicounainfinità,dimondi".Brunononeraunastronomomaunfilosofo,impregnatodimisticismoemagiamedioevale,sitenevaarispettosadistanzadalleosservazioniedisprezzavalamatematica.Pereducazioneecaratterenonerainclineall'umorismo.Pagòilprezzopiùcaroperavercredutonelleconclusioniacuiloportavalaragione.

Sicuramentequalcunoprimadilui(sembraEpicurosiastatoilprimo,almenotraipersonaggidellastoriadellaciviltàoccidentale)emoltidopodiluihannosostenutolastessaopinione.Alcunicontonisalottieri,comeBernardleBovierdeFontenelle(Entretienssurlapluralitédesmondes,1686)oNicolasCamilleFlammarion(Lemeravigliedelcielo,1885),o,conargomentazionifisico-matematiche,LordKelvin(1871).

NonesistetelescopiocosìpotentedapoterprodurreimmaginidirettedipianetiintornoastellediversedalSole,perquestomotivolaconfermacheilnostroSistemasolarenonèunicoèarrivataconunacertalentezza.

Miliardidistelle,rosse,gialle,arancione,bluebianchebrillanoneglispaziadistanzechesimisuranoinmilionidimiliardidichilometri,migliaiadivoltepiùlontanedelpiùlontanodeipianetidelnostroSistemasolare.Nel1995,perlaprimavolta,sonostatirivelatiiprimisegnidell'esistenzadipianetiextrasolariattraversoleminuscoleoscillazionichequestipianetiinduconosullastellaintornoallaqualeorbitano.NeglianniseguentigliastronomihannodimostratochelapresenzadipianetiedisistemiplanetarinonèconfinataalSole,masitrattapiuttostodiunprocessogeneralecheaccompagnalaformazionedellestelle.Lepremessefannosperarecheneiprossimidecennisaremoingradodisaperesuquali,diquestipianeti,sitroval'acquae,forse,lavita.Nellepagineseguenticercheremodipercorrereletappechehannoportatoaquestirisultatiediscuteremo,brevemente,qualistradesipercorronoesipotrannopercorrere,perentrareincomunicazioneconesseriintelligenti,qualoraessiesistano,cheabitinoaltripianeti.

PrimadiiniziareunaricercadipianetiintornoastellechenonsianoilSole,èopportunoconoscereilnostroSistemasolare.L'argomentoèstatoampiamentetrattatoinprecedentilezioniepertantoevidenziamosoloalcunipuntidiparticolarerilievoperilnostrodiscorso.Il99%dellamassadelSistemasolarerisiedenelSoleeipianeti,daquestopuntodivista,contribuisconopochissimo.Contrariamenteadaffermazionichesisentonoesileggono

spesso,ilSolenonèunastellaqualunqueenonsoloperchéèla"nostra"stella,maperchéèunadellepiùbrillantidellanostraGalassia(perlaprecisioneentroil5%piùbrillante).Ognisecondo600milioniditonnellatediidrogenonelsuointernosonoconvertiteinelio,generandounaenergiatalechea149milionidichilometrididistanza(questaèl'UnitàAstronomica),dovecitroviamonoi,concentrandolalucecheciraggiungeconunalentediunocchialedamiopesiriesceadincendiareunfogliodicarta.IlpianetapiùvicinoalSole,Mercurio,ruotapiano,cosicchéigiornielenottisonolunghieglisbalziditemperaturaenormi.DuranteilgiornosuMercuriosimisuranocirca400°C,mentredinottecirca200sottozero.SoloVenereèpiùcaldoesoloUrano,NettunoePlutonesonopiùfreddi.LasuperficiediMercurioèaltrettantodisarmante,diaspettolunarecosparsadicrateri.Venere,ancorchéadistanzadoppiadalSolediMercurio,hacostantementeunatemperaturadicirca450°Cacausadiunadensaatmosferadiossidodicarboniocheproduceuneffettoserradiestremaefficienza,cheintrappolalaradiazionesolare.Ancorchéostile,VenereassomigliainmodosorprendenteallaTerra.LaTerranonhabisognodipresentazione:peril71%ricopertadaacqua,haunaatmosferariccadipioggechealimentanolacopiosavegetazione.L'atmosferaèunamisturadivolatileossigeno(21%)ediinerteidrogeno(78%).Partedell'ossigenoformaunostratodiozonoche,convenientemente,schermailpianetaTerraelecreature,vegetaliedanimali,cheloabitanodalleradiazioniultraviolette,adessenocive.LaTerraèilsolodei4pianetipiccoli(ipiùvicinialSole)cheabbiaunaluna.L'ultimodei4,Marte,noncondividenessunadellepiacevolicondizioniterrestri.Didimensionicircalametàdelnostropianeta,Marteèundeserto,lacuisottileatmosferanonpossiedenéossigenonéozono.InpassatoMartepuòesserestatopiùcaldoepiùumidoe,forse,haospitatolavita.Cisonostatiinnumerevoliannuncidi"prove"diesistenzadi"marziani",tralequalil'ultimanel1996,quandovenneannunciatochefossilidivitamarzianaeranostatitrovatiinunmeteoriteprovenientedaquelpianetaeritrovatoinAntartide.Lecriticheaquestascopertasonostatemolte,mahannocomunquefavoritol'approvazionediunamissioneconastronautiversoilpianetarossoinunprossimofuturo.IntornoaMarteorbitanoduepiccolissimisatelliti,FoboseDeimos,probabilmentemeteoriticatturati.PassatalacinturadegliasteroidisiincontrailgigantescoGiove,undicivoltepiùgrandedellaTerra,checontienecircaildoppiodellamassadituttiglialtripianetimessiinsieme.Gioveèungigantegassoso,unamassadiidrogenoedeliocon,sembra,unnucleosolido.Conlapoderosaattrazionegravitazionalecheesercitatrattiene16satelliti,quattrodeiquali,imediceiogalileiani,hannomassemaggioridellanostraLuna.Saturno,checonisuggestivianelliapparecosìdiversodaicompagni,èunaltrogigantegassosolacuimassaèperòunterzodiquelladiGiove.NonostanteciòSaturnoècircondatoda19satellitidicuiTitano,ilmaggiore,hadimensionimaggioridellaLunaeun'atmosferacompostaingranpartediazotoemoltopiùspessadiquellaterrestre.UranoeNettunosonodimassainferioreaGioveeSaturnoenonsonogassosi;idrogenoedeliofannopartedelleloroatmosfere,mailpianetaèsolido,probabilmenteunmiscugliodiacquaeroccia.L'ultimodei"viandanti"(questoilsignificatodell'originaleterminegreco)èPlutone,cosìlontanodalSolechelatemperaturaallasuperficieraggiungei-200°C;Plutoneèsolidoe,acausadell'orbitamoltoellittica,èstato,negliultimidiecianni,piùvicinoalSolediNettuno.

LadistanzadalSoledeterminalatemperatura,ilperiodoorbitaleeladimensionediunpianeta.InprimaapprossimazioneVeneresitrovaadistanzadoppiadiMercuriodalSole,SaturnoadistanzadoppiadiGioveeUranoadistanzadoppiadiSaturno;questaregola,notacomeleggediTitius-Bode,potrebbeessererispettataancheinaltrisistemiplanetaridiversidalnostro.Latemperaturadiunpianetaèlegataalladistanzadallastellae,perfavorirelavita,deveessereinquelpiccolointervallo(0-100gradi)in

cuièpermessal'acquaallostatoliquido.Naturalmenteunaltrofattoreimportanteèlapresenzadiunaatmosferaconunacertacomposizione.Sel'atmosferac'èecontienegaschepermettonol'effettoserra,alloratemperatureelevatepossonoessereraggiunteancheseilpianetasitrovaadistanzerelativamentegrandidallastellacentrale.NelnostroSistemaVenereè,comesièdetto,piùcaldodiMercurioancheseadistanzadoppiadalSole,esullaTerral'acquaèquasiovunqueallostatoliquido.Senoncifossel'effettoserra,lasuperficiedelnostropianetasarebbea-50°Celavitanonsarebbestatapossibile.CisonopoiGiove,SaturnoeNettunochegeneranopiùcalorediquantononneassorbanodalSole,dalqualesono,inverità,moltodistanti.Acausadiquestidiversifattoristimarelatemperaturadiunpianetanonèfacilee,quandosiparladipianetiintornoadaltrestelle,sipossonodaresolovalorinecessariamenteapprossimati.

ForseunadellecaratteristichepiùsalientidelnostroSistemasolarestanelfattocheipianetipiccoliMercurio,Venere,TerraeMartesonosolidievicinialSole(densitàmedia4-5voltequelladell'acqua),mentreirimanentigrandie,senongassosi,menodensi(densitàmediaugualeaquelladell'acqua),sonotuttimoltolontani.Sipensiche,mentrelalucesolareimpiegadaunminimodi3aunmassimodi12minutiperraggiungereiprimi4pianeti,essaimpiegadaunaacinqueoreemezzoperraggiungerequelliesterni.Lamassadeiquattropianetiinterniammontaacircaduemasseterrestri.Tuttiequattrosonosimiliincomposizione,presentandorocciaeferroesullelorosolidesuperficilavitaavrebbebenissimopotutoevolversiselatemperaturaloavessepermesso.Dalmomentochesuunodiessicel'hafatta,èragionevolepensarechequestisonoicorpicelestichesidevonocercare,masfortunatamentelaloromassaècosìpiccolachesonodifficilidatrovare.All'estremodelSistemasolaresitrovalacinturadiKuiper,unazonadipiccolicorpighiacciatialcunideiqualisfuggonoediventanocometedibreveperiodo.Moltopiùlontano,sempreallontanandosidalSole,c'èun'altracinturadicorpighiacciati,lanubediOort,dacuinasconolecometealungoperiodo.

LadistanzadalSoledeterminaladuratadell'annodiunpianeta:piùlontanounpianetasitrovadalSole,piùlungosaràilsuoannoeviceversa.ComeesempioestremosipensiaMercurioePlutone;ilsecondoècentovoltepiùlontanodalSoledelprimo,diconseguenzalasuaorbitaècentovoltepiùlarga,inoltresimuoveavelocitàcentovolteinferiore,pertantomentreMercuriofaungirointornoalSoleincircatredeinostrimesi,Plutoneimpiegaduesecoliemezzopercompierelostessopercorso.Questarelazionetraperiodoorbitaleedistanzadallastellacentraleèdiestremautilitàperl'astronomocercatoredipianetiextrasolari.SupponiamochesiosserviunastellasimilealSoleesinoticheessaèdisturbatadaunpianetacheorbitaintornoadessaogni12anni.Ancheseilpianetanonpuòesserevisto,sipuòdedurrecheilpianetaèadunadistanzadallastellasimileaquelladiGiovedalSoleequindidedurrecheilpianetaè,conogniprobabilità,troppofreddoperpoterospitarelavita.Vainoltretenutopresenteche,selastellanonèsimilealSole,lecosecambiano;unpianetatipoGioveintornoadunananarossa,conmassaunquartodiquellasolare,completerebbelapropriaorbitainuntempo4voltepiùlungo,ovveroin24anni.

TuttiipianetinelnostroSistemaruotanointornoalSolenellastessadirezione,cheèanchequellaincuiruotailSole.CiòsuggeriscecheessiebberooriginedaundiscocorotantequandoilSoleerainformazione.L'ipotesipiùaccreditataècheipianetisisianoformatidaparticellesolideche,ammassateindensefasceintornoalSolegrazieadunmeccanismocheproduceeffettisimiliallacentrifuga,sisonocompattateingrossemassespaziatetraloro.Altracaratteristicaèlaquasicircolaritàdelleorbite;nelSistemasolaresoloipianetipiùleggerihannoeccentricitàmaggiori

di0.10(lascalaè0.00peruncerchioperfettoe1.00perl'elongazionemassimapermessadallaattrazionegravitazionaletraiduecorpi).Dalmomentochelestelledoppie(circalametàdellestelle)hannoeccentricitàmoltoalte,lamisuradell'eccentricitàèunbuonmezzodiagnosticoperseparareicompagnidubbi.SièvistocheisatellitisonocomuniperipianetidelSistemasolarema,vanotato,solo7hannodimensionilunari.Gioveneha4,SaturnoeNettunounoenaturalmentelaTerrahalaLunache,conglieffettimareali,produceuncontinuomovimentodelleacqueoceanichegraziealquale,siritiene,lavitasièpotutatrasferiredalmareallaTerra.

Perilmomento,ciòchesisadeipianetivicinoanoidipendedalladistanzadiognunodiessidanoiedalnumerodiveicolispazialiche,consuccesso,sisonoavvicinatiecihannoinviatoinformazioni.Peroramentretutti,adeccezionediPlutone,sonostatisorvolatialmenounavoltadaunanavicellaspaziale,solointornoa3(Venere,MarteeGiove),oltrenaturalmenteallaTerra,neèstatamessainorbitaunaesolosuVenereeMarteunasondaèscesafinsullasuperficie.Moltastrada,quindi,deveancoraesserepercorsa,primachesipossaritenerediconoscereicomponentidelnostroSistemasolare.D'altraparte,chiciassicuracheisistemiplanetarisianolanorma?Ilfattochelanostrastellaneposseggaunonongarantiscechenonsiaunico.Èquindinecessarioesaminaregliaspettisalientidelleteoriediformazionestellarepercercaredicapirequalisianoleprobabilitàsecondolequalipossiamoaspettarcialtricasiancheselarispostafinalealladomandaseesistanoaltripianetisucuièpossibilelavitaverràdalleosservazioni.

Sesipercorrono40.000miliardidichilometri(4.3anniluce)attraversoilfreddospaziointerstellaresiraggiungelagiallastellaAlfadelCentauro,lastellanostravicina.Inunasferaconunadozzinadiannilucediraggiositrovanocirca25stelle,lepiùsonodebolimaalcuneabbastanzabrillanti,alcunesonobiancheogiallemalamaggioranzasonoarancioneorosse.Anchesenelcielostellatolestellebrillantisembranodominanti,questaèsolounaillusioneo,comesidiceingergoastronomico,uneffettodiselezione.Circa80%dellestelledellanostraGalassiasononanerosse,il9%naneK,il5%nanebiancheesoloil4%deltotalesonoditipoG,ovverostelledisequenzaprincipaleedeltipoacuiappartieneilSole.Untrascurabile2%comprendetuttelealtre.Sesièpropensiacrederechelaprobabilitàditrovarepianeti,magaricontraccedivita,èmaggioreintornoastelletipoSolee,permotividisensibilitàdeitelescopi,cisilimitaallestellepiùvicine,valelapenaconsideraresolo4-5stelleognicento.Questodatoèscoraggiante,ancheseintotalesuicirca1000miliardidistelledellanostraGalassiacirca40miliardisonosimilialSole.SuquestebasisipotrebbeimmediatamenteconcluderechenellaGalassiaquasisicuramenteunaoalcunediquestestelleditiposolarehannodeipianetisucuiesistequalcheformadivita,maaltrettantosicuramentenessunaècosìvicinaanoidapermettercidisperarediosservarli.

Gliastronomihannolottatopersecoliconilproblemadimisurareladistanzadellestelle;ilmetodotuttorainvigoreèquellodellamisuradellaparallasse.

AcausadelladiversaposizionedellaTerrarispettoalSole,duranteunarotazioneunastellaèvistacondiversaprospettiva:lospostamentoapparente,oparallasse,ètantomaggiorequantopiùvicinaèlastella.Questoeffettoèanalogoaquantosiosservaattraversandounastrada,allorchéilcartellostradalesembraspostarsimoltodipiùdellelontanemontagnesullosfondo.Alcunestellepoisembranomutareposizionenelcorsodeglianni,rispettoallealtrestellevicine.Questo"motoproprio"èdovutoalfattocheessesonopiùvicineanoidellealtreeciòaccadeperchélestelleviaggianoattraversolospaziosucamminidiversitra

loroedaquellopercorsodalSole.Continuandoconilparagonedellastrada,ilmotoproprioèanalogoaciòchevedeunautistaquandopercorreavelocitàsostenutaunastrada:isegnalistradalisembranosfrecciarevelocemente,mentrelelontanemontagnesullosfondosembranospostarsimoltolentamente.Latecnicadimisurareparallasseemotoproprioèl'astrometria,checipermettedicatalogarelestelleasecondadellalorodistanzadanoi.

L'astrometriacipermetteanchediindividuarequalistellesonodoppieequalitriplee,conlastessatecnica,qualihannopianetiequalino.UntemposiaSiriocheProcioneeranoritenutestellesingole,comeloèilSole.Leinvisibilicompagnefuronomesseinevidenzaperlaprimavoltanel1844dalmatematicoeastronomotedescoFriedrichWilhelmBessel,ilqualenotòcheiloromotiproprinoneranocostantieproposechelacausadellevariazionifosseunacompagnatroppodeboleperessereosservata.SesipotesseosservareilSoledaunadistanzadi10anniluce,sipotrebbenotarechelapresenzadiGiove(chehaunamassacheèunmillesimodiquellasolare)creaoscillazionidi1.6millesimidisecondod'arco(ovverounangolocheèugualeaunapartesutremilionieseicentomiladiungrado,ovverolospessorediuncapelloumanovistoda3chilometrididistanza).GlialtripianetiperturberebberoilSolemoltomeno,datalaminoremassa.LasperanzadimisurarelapresenzadellaTerraapparenulla!InaltriSistemisolarituttodipendedallamassadellastellacentrale:minoreèlamassapiùunpianetalafaoscillare.Nullaciimpediscedicredere,però,chestellepiùpiccoleabbianopianetipiùpiccoli;sequestofosseveroilvantaggiosvanirebbe.Laconsistenzadell'oscillazioneastrometricaèdipendentedalladistanzastella-pianeta,piùchedallamassa.NelnostroSistemasolare,adesempio,UranoeNettunohannocircalastessamassa,maNettunoproduceunaoscillazioneastrometricacircadoppiadiUrano.Lacausadiciòrisiedenelfattochelastellaedilpianetaruotanointornoalcentrodimassa,cheèilpuntodovesiporrebbeilfulcrosesiunisseroleduemasseelesivolesseporreinequilibrio.Ilcentrodimassasitrovaquinditraidueoggettiedèpiùvicinoall'oggettopiùpesante.Inconclusioneèmoltopiùfacilerivelareunpianetapesanteelontanodallastellapercui,nelcasodelnostroSistemasolare,sarebberofacilmenterivelabiliipianetiesterni.

Permolteragionilaricercadipianetiextrasolarisièconcentratasustellevicine,nonultimoilfattocheleoscillazioniastrometrichedellastellainapparentemotosonopiùfacilmentevisibili.

Figura1.Ilcentrodimassadiunsistemastella-pianetanonsimuove,masialastellacheilpianetagliruotanointorno(lineatratteggiata).Gliastronomipossono,quindi,scoprirel’esistenzadelpianeta(altrimentinonvisibile)seosservanoleoscillazioniastrometricheintornoalcentrodimassa(curvapunteggiata).

AppartenenteallacostellazionedellaLira,associatadagliantichiGreciallamusica,Vegaèlaquintastellapiùbrillantedelfirmamento.Dal1983,quandoèentratoinfunzioneun

satellitechiamatoIRAS(InfraredAstronomicalSatellite),conabordountelescopiocapacedimisurarelaradiazioneinfrarossaemessadaicorpicelesti,ènotocheVegaemetteunacospicuaquantitàdiradiazionialunghezzad'ondacentratasui100micron(lalunghezzad'ondadiunmicron,ovverounmillesimodimillimetro,èunpo'maggiorediquelladellalucerossavisibile).Taleemissioneeratotalmenteinaspettata,poichéVegaèunastelladitipoA0conmassacircaildoppiodiquelladelSolee,secondolemoderneteoriedievoluzionestellare,dovrebbeesseremoltodebolea100micron.Èperònotochemateriasolidariccadicarbonioesilicio,nonimportadiqualedimensione,dalgranodipolvereall'asteroidealpianeta,assorbelaluceultraviolettaemessadaunastellavicinaelariemettenell'infrarosso.QuestoeffettoèosservabilefrequentementequandoilSoletramonta,poichélalucesolarealtramontoattraversaunaquantitàmaggiorediatmosferadiquandoèaltosull'orizzonteequindiincontramaggioriquantitàdigasepolverechelaassorbonoelariemettononelrossoeinfrarosso;perquestoitramontisonorossi.

DapprimasipensòcheciòchesivedevaintornoaVegafosseunasteroide,maunastimadellamassaedistanzacheavrebbedovutoavereperspiegarelaradiazionemisuratadaIRASprodussevaloriesageratiequindiimpossibili.LaconclusionefinalefucheVegaècircondatadaunanellodipolverema,equivienelascoperta,taligraninonhannodimensionisimiliallapolvereinterstellare(menodiunmicron),masonomigliaiadivoltemaggiori,ilchesuggerisceilfattoche,perlaprimavolta,sièrivelatounanellodimaterialecheindicalaformazionediunfuturosistemaplanetario.Questegrosseparticelle,insomma,dovrebberoessereciòcherimanedellanubeprenataledigasepolvererimastadopolaformazionedellastella,nelnostrocasoVega.QuestoèinaccordoconunaaccreditatateoriadiformazionedisistemiplanetaribasatasulnostroSistemasolare.Inoltreleparticellepotrebberoesserecresciutedaparticellepiùpiccole,oppureresiduidiurtidiasteroidiecometeavvenutinelpassato.Inentrambiicasi,Vegapotrebbepossedereanchepianeti,possibilmenteuncompletosistemaplanetario,nonvisibiledaIRAS.UnaaccurataanalisideidatiIRAS(200.000sorgentiinfrarosse)haprodottoaltricandidati,deiqualitreditipoAcomeVega,tracuiBetaPictoris.(Sifaquiriferimentoallaclassificazionedellestellebasatasullecaratteristichedeilorospettri.TaleclassificazionevennestabilitaadHarvardtralafinedell'OttocentoegliinizidelNovecento,mantenendoilprincipiodefinitodapadreAngeloSecchi,cheavevaordinatoglispettrisecondotemperaturestellaridecrescentie,diconseguenza,coloripassantidalbiancoalrosso.Sivacosìdallestellepiùcalde,ditipoO,allepiùfredde,atttraversoitipiB,A,F,G,K,M,R,N,S.Oltreallatemperatura,glispettristellarisonoinfluenzatidallapressioneedallacomposizionechimica;ildiagrammadiHertzsprungeRussell,riportatoinquestovolumedaBrunoMarano,èunodeglistrumentiutilizzatidagliastronomiperapprofondireleconoscenzesullecaratteristichefisichedellestelle.)NonsipensichelestelleditipoAabbianoqualcosadistrano;essesonosolomoltobrillantiescaldanolapolverechelecircondamoltomegliodialtrestelleequindilarendonovisibilenellabandadeirivelatoriIRAS.SeintornoaVegavifosseunsatelliteIRAS,ilSole,contuttiicorpidelSistemasolare,sarebbesolol'1%piùbrillantediunaqualsiasistellaGsuasimile.

Un'altrastelladelcatalogoIRASimmersanellapolvereèEpsilonEridani.Questascopertaèstatalapiùeccitante,inquantoEpsilonEridanièunastellavicinaanoiemoltosimilealnostroSole:sesifossetrovataalladistanzadiVega,IRASnonavrebbepotutorivelarelaradiazionechelapolvereemette.Ritorneremoaparlarediquestastellaperché,pocodopolescopertediIRAS,gliastronomihannoottenutounaimmaginefotograficadeldiscointornoadEpsilonEridaniequindiprovadiunpossibileSistemaplanetario.

Nel1995dueastronomisvizzerihannofattounadellepiùspettacolariscopertedelventesimosecolo,allorchéhannotrovatoilprimo,veropianetainorbitaintornoadunastellachenonsiailSole.LastellainquestioneappartieneallacostellazioneautunnalediPegaso,ilcavalloalato,eneicataloghiastronomicièindicatacomelacinquantunesima.A50annilucedanoi,51PegasiapparecomeapparirebbeilSoleaparidistanza.ComeAlfaCentauri,51PegasièquasiunavirtualegemelladelSole,cioèunastelladisequenzaprincipaleditipospettraleGgiallaebrillante.

MichelMayor,dell'OsservatorioAstronomicodiGinevraedilsuoexstudenteDidierQuelozavevanocostruitounapparatocapacedimisurarelavelocitàconcuisimuovono(allontananooavvicinano)lestellerispettoanoiconunaprecisionedi13metrialsecondo(ovvero46.8chilometril'ora;siricordachelaTerrasimuovelungolapropriaorbitaacirca100000chilometriall'ora).Questamisuraèpossibileosservandocontemporaneamenteeparagonandolospettrochesiottienedallastellainesameconunanalogospettroemessodaunalampadadicalibrazioneappositamentecostruitainlaboratorio.Nell'apriledel1994ebbeiniziolaricercadipianetiextrasolaripressoiltelescopiodell'altaProvenza,nelsuddellaFrancia.MayoreQuelozavevanounalistadi142stellecandidatedaosservare,tuttemoltosimilialnostroSole,cioèditipoG(dicoloregiallo)oK(arancione).Insettembrevenneilturnodi51Pegasi,malevelocitàregistratedifferivanodaunanotteallaseguenteanchedi60metrialsecondo,cioècirca4voltelaprecisionedellostrumento.Scartatetutteleipotesicheimplicavanounmalfunzionamentodellostrumento,nelgennaiodel1995vennericavatol’andamentodelmotodi51Pegasiequiriportatoinfigura2.

Figura2.Oscillazionidellastella51Pegasicausatedallapresenzadiunpianetainorbitaintornoadessa.Lastellasimuoveversodinoi,quindiinverteladirezionedelmotoesiallontanadanoiogni4.2giorni(ovvero4giorni,4oree48minuti)

Taleoscillazioneperiodicanonpotevacheesserecausatadallapresenzadiunsecondocorpomassiccioinrotazioneintornoa51Pegasi,immediatamentesipensòcheperlaprimavoltasiera"visto"unpianetaextrasolare.

Laprimacosachecolpìidueastronomifulabreveduratadelperiododirotazionedelpianetaappenascoperto,sesipensacheMercurioimpiega88giorniacompiereun'interarotazioneintornoalSole.Ilnuovopianetadunquesembravaessereciòchenonsiritenevapossibile,unpianetagassosovicinissimoallastella.Primacheiduericercatoripotesseroripeterelemisure,lastella,acausadellarotazioneterrestre,sparìdietroilSoleenonfupiùosservabilepercirca3mesi.Questotempofuimpiegatoinlaboriosicalcolivoltiaprediredovesarebbestatol'ipoteticopianeta"strano"nonappena

fossenuovamenteosservabile.Inluglio,algiornopredetto,contrepidazione,vennefattalaprimamisuraepoilaseconda,lemisurecadevanoesattamentedoveicalcoliavevanopredetto.Altremisureseguironofebbrilmente:eraconfermatalaperiodicitàdelmotodellastella,fustappatolochampagnemanonc'eraancorala"prova"cheesistesseilpianeta.Venneropreseinesametuttelespiegazionipossibilichenoncoinvolgesserolapresenzadiunpianeta:pulsazionidellastella,stellacompattacomecompagno,giganteschemacchiesimiliallemacchiesolarisullasuperficiedi51Pegasi,ecc.,matuttevenneroscartate.Il6ottobre,adunaconferenzatenutasiaFirenze,presenticirca300scienziatiedesponentidellastampainternazionale,MayoreQuelozannunciaronolaloroscoperta:unnuovopianetadiperiodo4.2giorni,a0.05unitàastronomicheda51Pegasi,contemperaturastimatacirca1000°C,moltomaggiorediquelladiqualsiasipianetadelnostroSistemasolare.Inoltre,equestoèildatopiùsorprendente,ilnuovopianetahaunamassacircalametàdiquelladiGioveesipresumesiainteramentegassoso.Questascopertanonhaottenutol'ecochecisisarebbepotutiaspettare.Buonapartedeipresentiallaconferenzaesposeragioniperesseredubbiosidellascopertaannunciata.

Inambienteastronomicolenotizieviaggianoveloci.Il17ottobreMarcyeButler,dueastronomiinCalifornia,confermavano,contecnichediverse,lascopertadeidueSvizzeri.QuestavoltaTheNewYorkTimes,TheWashingtonPostealtriquotidianiamericanipubblicaronolanotiziainprimapaginae,ilgiornoseguente,lastessanotiziaapparvesullaprimapaginaditutteletestatedelmondo.Naturalmentegranpartedegliarticoliriferivanolascopertacome"americana".

Oggilalistadistellechepresentanodeipianetiinorbitaècresciuta.Pianeti"strani",similiaquellodi51PegasiechecontraddiconoleteoriesonostatirivelatiintornoaRhoCancriA,TauBootesA,IpsilonAndromedae,RhoCoronaeBorealis;unpianetagiganteclassico,tipoGiove,sièvistointornoa47UrsaeMajoris.Pianetisimiliai4"terrestri"sonostatirivelatisolointornoa3stellecompatteepulsanti(pulsars).Laloroscoperta,anchesedigrandeinteressescientifico,nonappareparticolarmenteattraente,perchénonesistelabenchéminimasperanzachesutalipianetivisiaunaqualchetracciadivita,inconsiderazionedellatotaleinadeguatezzadellapulsarafornirel’energiadisupportonecessariaasostenerelavitaqualelaconosciamo.

Unpassofondamentaleèstatofatto,malastradadapercorrererimanelunga.Mentreoggisipuòaffermarecheipianetisonolanorma,piuttostochel'eccezione,intornoastellesimiliallanostra,nonèancorachiaroquantidiquestisianoincondizionifavorevoliperlosviluppodellavita.Intantolaricercacontinuaecontinuapureladettagliataesplorazionedeipianetinostrivicini.Sondespazialisonoinviaggioemoltealtresonoinfasedirealizzazioneosemplicementediprogettazione,conmeteversoMarte,Giove,Titanoecc.Siprevedono,inunfuturonontroppolontano,missioniplanetarieconastronauti,cheriportinononsolodati,mamateriadialtripianeti.Loscopodituttociòèriuscireadaccumularesufficienteinformazionepercomprenderequalisonolecondizioniessenzialiperprodurreesostenerelavita.Lacacciaaipianetiextrasolarièappenainiziata,maquandosiidentificherannoconprecisionepianetidimassediverse,magarisimiliindimensioniallaTerra,cosaogginonancorapossibile,allorasipotràspostarel'attenzioneversolacomposizionechimicaelecondizionifisichedeicorpicelestiindividuati,permegliocomprenderequantosimiliaquelleterrestriessisiano.AllorasaremoviciniaconfermarelepredizionidiGiordanoBrunoesaràgiuntoilmomentodiporsidomandediversedaquellepuramentefisicheedastronomiche.

Seoggisiamoall'iniziodell'esplorazionedialtrimondi,nel1956pensareadesseriintelligentisumondilontanisembravafantascienza,senonfollia,eppureGiuseppeCocconiePhilipMorrisonquell'annopubblicaronosullaprestigiosarivistaingleseNatureunarticolonelqualesuggerivanochesuunpianetainorbitaintornoadunaqualchestellasimilealSole,nellanostraGalassia,potevaesistereunaciviltàsimileallanostra,mamoltopiùavanzataeproponevanomodiperentrareincomunicazioneconessaviaradio.Laradioastronomiaeradapocodiventataunaviacomplementareallostudiodelcosmocontelescopiottici.Ilrapidosviluppodelletecnichediricezionefavorivaestrapolazionipositive;sembravaovviocercaredidareunarispostascientificaallasinteticadomandapostadaEnricoFermipochianniprima,"dovesonoglialtri?",cheriassumevaperfettamentel'interrogativorimastoinalteratoattraversotuttalastoriadell'umanità,daEpicuroaLordKelvin.Lemotivazioniperl'esistenzadialtriesseriintelligentierabasatasuargomentazionistatistiche:seesistonomigliaiadimiliardidistellenellaGalassia,anchesesolounamodestapercentualeèsimilealSole,visonoalmenoparecchimiliardidistellesimilialSole,ancheseunapiccolapercentualediessehapianetiesistonocentinaiadimilionidipianetiecosìviafinoaconcluderechenonsiamosoli.

Questeargomentazionipossonoesserediscussesecondoleregoledelmetodoscientificosucuisibasanotuttelenostreconoscenze.Noncosìsesiadottailcosìdettoprincipioantropico,secondoilqualedalmomentochenoiesistiamo,l'interouniversodeveesserestatocostruito(creato)inmododapermetterelanostraesistenza,ovverol'interocosmoèfunzionaleallapresenzadegliumani.Questaèunaideachetrascendelascienzaedentraneiterritoridellafilosofiaedellareligione,neiqualinonintendiamosconfinare.

Primadiincominciareaprenderesulseriol'ideadicomunicarecongliextraterrestri,moltilavorifuronopubblicatiepresentatiperdiscussione.IprincipaliinterpretidiquestadisciplinafuronoilrussoIosifS.Shklovskiyel'americanoCarlSagane,subitodopoFrankDrakechefisicamentedetteinizioeperannicontinuòilprogettoSETI(SearchForExtraterrestrialIntelligence).TuttigliargomentiafavorediSETIsibasanosull'opinione(oggiconfermata)cheipianetisonouncomunesottoprodottodellaformazionedellestelle.SeesistonomigliaiadimilionidipianetiincircolointornoastellesimilialSole,nonèdifficileconvincersichealmenoalcuneabbianosviluppatolavitaechequestasisiaevoluta,magarisorpassandocidimillenniinsviluppotecnologico.Qualèlaprobabilitàcheunpianetavicinoanoiospititaleciviltà?PartendodaquestiinterrogativiDrakearrivòaconcluderecheilnumerodipossibiliinterlocutori(civiltàosservabili)èproporzionalealnumerodistellefavorevoli(tipoSole)moltiplicatoperilnumerocherappresentalafrazionediessechehapianeti,moltiplicatoperilnumerodiquestipianeticoncondizionisimiliallaTerra,cioècapacidimantenerelavita,moltiplicatoperilnumerodiciviltàchesuessisisonosviluppatecapacidicomunicareattraversoglispaziinterstellari(vitasonoancheglialberieglianimali,manéfunghinédinosaurisonoingradoditrasmettereoriceveresegnaliradio),moltiplicatoperlafrazionediesseinteressateafarlo(particolarileggi,religionioconvinzionifilosofichepotrebberoinibirequestacuriosità),moltiplicatoperladuratadiquesteciviltà,moltiplicatoperlafrazionediquestadurataincuirimangonocomunicative.

L'equazionediDrake,ancheseunsempliceprodottoditermini,èsoggettaagrandiincertezzepoichéalcunideiterministessisonooaltamenteincertioaddiritturasconosciuti.Paradossalmenteilpiùdifficiledastimareèladuratadiunaciviltà.Nonesistonoesempiel'unicanota,lanostra,esistedaqualchemigliaiodianni,ècomunicativadamenodiunsecoloenonabbiamonessunindizio,eforsesolounatenuesperanza,chedureràenessunaideaperquanto

tempo.

Inconclusione,persaperesenonsiamosoli,peroranonvièaltromodocheascoltareesperareche"glialtri"trasmettano.Lericerchediintelligenzaextraterrestresonostatesvariateneidecennipassatiealcunesonoincorso.Lastrategiaèfondamentalmentelastessa:siricercanellabandadellospettroradio,nellazonadellemicroonde,lapresenzadisegnalidibandastretta(diunasolafrequenza)cheabbianooriginedall'esternodelSistemasolare.Labandada1a50gigahertzhailpiùbassocontenutodirumoredifondoequestovaleancheperglialieniintelligenti,iqualidovrebberoaccorgersene.Lanostraatmosferacilimitada1a12gigahertze,seinostriragionamentisonocorretti,lostessodovrebbevalereper"glialtri".Perilmomentopossiamosolosperarechequalcunociinviiunsegnalediproposito,unfasciopuntatoversodinoi,comefannoletrasmittentiradio-televisive.InCaliforniailprogettoPhoenixmiraallestelleentro200annilucedanoi,construmentazionecheascoltatra1.2e3.0gigahertzattraversoduemiliardidicanali.Altriprogetti(BETA,METAII,SERENDIP.,ARGUS,COSETI,ecc.)sonoincorsosianell'emisferonordchesud.

Restamoltotenuelasperanzadipoter"noi"trasmetterea"loro"essenzialmenteperché,ancheallemassimepotenzeottenibili,nonsiarriverebbeoltrequalchedecinadianniluceconsegnalirelevabili(siricordichel'intensitàdiunsegnalediminuisceconilquadratodelladistanzatraemettitoreericevitore).Sinotiancheche,incasodi"contatto"conesseriextraterrestriintelligentiildialogosarebbeterribilmentecomplicato:ricevutounsegnaleeaccertatocheprovienedaunpianetacheruotaintornoadunadatastella,sirisponde,siaspettaottoopiùanni(perchéqualsiasi"altrastella"distadalSolepiùdiquattroanniluce)edeventualmentesiriceveunsegnale,chevieneinviato,siaspettanoaltriottoopiùanni...ecosìvia

Inquesto"gioco"diricercadegliextraterrestricisideverenderecontocheledistanzetranoie"loro"sonotalichenonèimmaginabile,neancheinunlontanofuturo,visitareglieventualipianeticonastronaviosimili.D'altrocantoabbiamoampieprovecheleleggidellafisicaedellachimicachenoiconosciamovalgonoinognipartedell'universofinoranotoesembravanal'illusionediinvocareleggichecontraddicanociòchesappiamo.Piùvelocedellalucenonsipuòandareemuoverecorpimateriali,ancheavelocitàrelativamentemodeste,richiedeenergieimmense.Perilmomentolecoloniespazialichetrasportanogenerazioniattraversocentinaiadiannilucesonodominiodellafantascienza.EsistepoiunacartaJollynelgioco:gliscienziatinonsonoancorariuscitiaformulareunadefinizionesoddisfacentedivita.Imicrobiologinonsonosicuridiquantopiccolapossaesserelapiùpiccola"cosa"vivente.LordKelvinsuggerìchelavitapotessearrivaredallospazioec'èchi,comeSirFredHoyleeChandraWickramasinghe,haripresol'ideaemoltecosesembranoplausibilianchesenontuttosiriesce,perora,aspiegareconquestaipotesi.Unaregolaècerta:piùpiccoloesempliceèunorganismo,piùaltaèlaprobabilitàchesopravvivanelleestremecondizionideglispaziinterstellari.Chipuòdire,seesistonoi"nanobatteri",cheessipossanoessereiveriviaggiatorispazialie,sesenepotesseraccogliere,forseavremmoinlaboratorioidiscendentidicolonieinterstellariomagariintergalattiche.

Sicuramentemoltipensanocheperseguireseriamentestudidiquestotiposiatempoedanarosprecato.Daquestespeculazionisononatienasconosottoprodottidiestremaimportanzaperlevariediscipline,dallaradioastronomiaallamicrobiologia.Riflettereeargomentareinmodospeculativointornoaquestionicomelavitaextraterrestreel'esistenza

diciviltàalieneecomeentrareincomunicazioneconloroè,comelamatematica,lamusicaealtreattivitàdelpensiero,unodeimodididifferenziarcidaicoinquilinidelnostropianeta,icompagnidelregnoanimale.Cercarenonsempreportarisultati,masenonsicercasicuramentenonsitrova.

LeggereilCielo

LestelleelaloroevoluzioneFrancescoFerraro,LiviaOrigliaHome

Introduzione

Fontidienergia

Studiodellaradiazioneemessa

Popolazionistellari

Letture

Introduzione

Lestellesonocostituentifondamentalidell'Universoelostudiodellaloroformazioneedevoluzionerivesteun'importanzaprimariaanchepercapirelaformazioneedevoluzionedellegalassieedell'Universostesso.

Lestellesonosferedigasformatesipercollassogravitazionaledinubimolecolaripresentinelmezzointerstellaredellegalassie.Sonofatte(comedelrestogranpartedell'Universo)essenzialmentediidrogeno(75%),elio(23%)eunapiccolafrazionedimetalli(2%).Lastrutturadiunastellapuòessererappresentataschematicamenteconunmodelloaduecomponenti:unpiccolonucleoatemperaturamoltoelevatacheproduceenergiaeunenormeinviluppochetrasportaquestaenergiaversolasuperficie,dacuivienepoiirraggiata.

L'inviluppononpartecipamaiallaproduzionedienergia,sioccupasoloditrasportarlaversolasuperficie,equestoperchélecondizionifisichediquesteduecomponentisonomoltodifferenti:adesempio,latemperaturanelnucleoraggiungealcunedecinedimilionidigradi,mentrelapartepiùesternadell'inviluppo,cioèlasuperficiedellastella,puòavereunatemperaturachevadaalcunemigliaiaadalcunedecinedimigliaiadigradi.

Inquestabrevedissertazionesarannoschematicamentediscusseleprincipaliconoscenzecheabbiamofinoraacquisitosullestelleesullaloroevoluzione,edalcunideimetodiusatiperottenerequesteinformazioni,decodificandoimessaggicontenutinellalucechelestellestesseciinviano.

LeggereilCielo

LestelleelaloroevoluzioneFrancescoFerraro,LiviaOriglia

Introduzione

Fontidienergia


Popolazionistellari

Letture

Fontidienergia

Lafontedienergianelcentrodellestelledeveessereestremamenteefficiente,dovendoprodurremoltaenergiaperuntempolunghissimo.Adesempio,ilSoleproduceinunsecondo10milionidivoltel'energiacheunuomomediamenteconsumainunanno,etaleproduzioneduradaalmeno4.5miliardidianni.L'unicomeccanismodiproduzioneenergeticachepossarispondereaquestirequisitisonolereazionitermonucleari.

Cisonoduetipidireazionitermonucleari:lafusionedielementileggerielafissionedielementipesanti.Innatural'elementopiùabbondanteèl'idrogeno,cheèanchel'elementopiùleggero,essendocostitutitodaunprotoneedaunneutronenelnucleoedaununicoelettroneorbitanteattornoadesso.Èquindilogicochelereazionitermonucleariresponsabilidellaproduzionedienergianegliinternistellarisianodifusione.

Inquestotipodireazioni,nucleidiatomileggerivergono"fusi"pergenerare"nuovi"nucleipiùpesanti(conunnumeromaggiorediprotonieneutroninelnucleo).Ilnumerodiprotoninelnucleodiunatomocaratterizzainfattil'atomostesso:atomicon1protonenelnucleovengonochiamatiidrogenooisotopidell'idrogeno,atomicon2protonivengonochiamatieliooisotopidell'elio,con3protonicarboniooisotopidelcarbonio,ecosìvia.

Ilprocessodifusionesintetizzadunquenuovielementienellostessotempogeneral'energianecessariaallastella.Naturalmenteiprotonisonoparticelleconcaricaelettricapositiva,edunqueinucleidegliatomi(essendocostituitidaprotonieneutroni,particelleneutre)hannoSEMPREcaricaelettricapositiva.Èquindilogicoaspettarsichenucleicarichidellostessosegnoopponganounacertaresistenzaafondersiinsieme(forzadiCoulomb):l'entitàdiquesta"resistenza"dipendedalnumerodiprotonipresentiinciascunnucleo.

Èacausadiquestanaturale"resistenza"chelereazionitermonuclearidifusioneNONpossonoavvenireinambienti"normali"(cioèinambientiacuisiamonormalmenteabituati).

Macertoèpossibileimmaginareunambienteadatto,adaltadensitàetemperatura,incuiungrannumerodinuclei(grazieall'altadensità)simuovano,inmododisordinato,agrandevelocità(grazieall’altatemperatura).

Inunambientediquestogenerecisipuòaspettarecheuncertonumerodinucleiinteragiscanotradiloro,superandolaforzadiCoulomb,eriescanoafondersiinsiemepersintetizzareunnuovoelementochimico.Lecondizioninecessarieperchéquestoprocessosiinneschisonodunquealtadensitàealtatemperatura,quindinonacasolereazionitermonucleariavvengonoesclusivamentenelnucleodellestelle.Inquestoscenario,tuttiglielementipiùpesantidell'idrogenoedell'eliosarebberostatisintetizzatiall'internodellestelle.Einfattil'Universoinizialmenteerainteramente

costituitodaidrogenoedelio:qualunqueelementopiùpesantedell'elioèstatogeneratonegliinternistellari:ilmetallodellenostreauto,ilcarboniodellanostramatita,partedelnostrocorpoecc.,unavoltaeranopartediunastella.

Abbiamodettochelestellesiformanodanubigassosechesicontraggonopercollassogravitazionaleemanmanoaumentanolalorotemperaturaalcentro.Quandoquestaraggiungei10milionidigradisiinnescanelnucleolaprimareazionetermonucleare,lafusionedidueatomidiidrogenoinunatomodielio,attraversoilcosiddettocicloprotone-protone(particolarmenteefficientenelcasodellestelledipiccolamassa),checostituiscelaprincipalesorgentedienergiaperlamaggiorpartedellavitadellastella.

Naturalmente,nucleidiatomiviaviapiùcomplessinecessitanoditemperatureedensitàsempremaggioriperinteragiretraloro,dovendovincereuna"resistenza"viaviapiùgrande.Perciò,quandol'idrogenosièesauritoalcentroessendositrasformatotuttoinelio,lastellanonèprontaperinnescareilprocessodifusionedell'elio:lasuastrutturadevemodificarsipercrearelecondizioniditemperaturaedensitànecessarieperlafusionedell’elio.

Ilnucleocominciaquindiacontrarsiperaumentarelasuatemperaturaedensità.Nelfrattempo,manmanochelatemperaturanell'internoaumenta,lecondizioniperlacombustionedell'idrogenovengonoraggiunteinungusciosottileattornoalnucleo.Ecosìinquestafaselastellasitrovaaprodurreenergiaattraversoduecanali:lacontrazionedelnucleoelacombustionediidrogenoinelionelguscio.Questoeccessodienergiadeveesseresmaltitodall'inviluppoche,per"farpassare"taleflussoenergeticoineccesso,siespande.

Èquestaunafaseincuilastrutturamacroscopicadellastellacambiainmanierasignificativa:ilraggiodellastellaaumentafinoa100voltequelloiniziale,implicandodunqueunabbassamentodellatemperaturasuperficialeedunaumentonotevoledellaluminosità.Questafasevieneindicatacome"fasedigiganterossa".

Quando,inseguitoallacontrazionedelnucleo,latemperaturaalcentroraggiungefinalmentei100milionidigradi,siinnescalareazionetermonuclearedicombustionedell'elioincarbonioel'inviluppotornaadassumerelesuedimensioniiniziali.Lastellaricominciaunperiododitranquillacombustionedielionelnucleo.

Indefinitiva,lavitadiunastellasipuòschematizzarecomeunasequenzadifasidiequilibriocaratterizzatedallacombustionenuclearealcentrodiuncertocombustibile(insequenzaH,He,C,N,Oecc.finoalFe),alternateafasitransitorieerelativamentebrevi,chepotremmodefinirediassestamento,caratterizzatedallacontrazionedelnucleo,dallacombustionedellostessocombustibileinguscisottiliattornoalnucleoedallacontemporaneaespansionedell'inviluppo.Durantequestefasilastrutturadellastellasimodificainmanierasignificativa,mentredurantelelunghefasidicombustionenelnucleolecaratteristichestrutturalidellestellerimangonoinalterate.

Adesempio,sappiamoconsicurezzachenessunadellecaratteristichemacroscopichedelSoleècambiatainmanierasignificativanegliultimi4.5miliardidianni,perchéanchepiccolevariazionidiluminositàotemperaturadelSoleavrebberoalteratodrammaticamentelecondizioniambientalisullaTerra.

Lafasedigranlungapiùduraturaèlacombustionenuclearedell'idrogeno,conunaduratacirca10voltesuperioreaquelladicombustionedell'elio.Lealtrefasisuccessivedicombustionenuclearesonoancorapiùbrevi.

Sappiamocheiltempodivitadiunastellainuna

determinatafasedipendesostanzialmentedallasuamassa:piùègrande,menoviveepiùvelocisonoanchetuttelefasidicombustionenucleare.Adesempio,unastellacomeilSoleimpiegacirca7miliardidianniabruciarel'idrogenoalcentro,mentreunastelladimassadiecivoltemaggioreimpiegasoltantocirca25milionidianni.

Malamassanonregolasoltantolavitadellestelle,nedeterminainmanieraunivocaanchelamorte:infattidallamassatotaledellastelladipendeanchelacapacitàdicontrazioneeriscaldamentodelsuonucleoedunquequalereazionetermonucleareriusciràainnescare.UnastellacomeilSole,peresempio,nonhalamassasufficientepercontrarsiabbastanza,raggiungerelatemperaturadi100milionidigradieinnescarelacombustionedell'elioincarbonioalcentro.

Inpratica,quandoavràesauritol'idrogenoalcentroeavràunnucleodielio,ilSoleattraverseràlafasedigiganterossa,tenteràdicontrarsimasenzariuscireadinnescarelacombustionedell'elio,equindiespelleràlaparteesternadell'inviluppo,lacosiddettafasedi"nebulosaplanetaria",epoidapprimadiventeràunastellamoltocompattaecalda,ovverouna"nanabianca",epoilentamentesiraffredderàfinoaspegnersi.

StelledimassaprogressivamentemaggiorediquelladelSolepotrannoinnescaresemprepiùreazionitermonucleariviaviapiùcomplesse(bruciandoelio,carbonioecosìvia).Maanchequestociclononèinfinito,infattilereazionitermonuclearidifusioneproduconoenergiabruciandoelementipiùleggeridelferro:daquestoelementoinpoi,lereazionidifusioneperavvenirenecessiterebberodiunaquantitàdienergiamaggiorediquellacheriuscirebberoaprodurre,diventerebberocioèendoenergetiche(anzichéesoenergetiche,comefinoaquelmomento)edunquenonsarebberopiùutiliperprodurreenergia.

Lasintesitermonuclearedelnucleodiferrorappresental'ultimoanellodellacatenadireazionitermonucleariesoergonicheperfusione.Tuttavia,lestellechearrivanoaquestolivellodievoluzione,dopoaverbruciatoinvariomodoglielementipiùleggeridelferro,sperimentanounadellefasipiùspettacolaridell'interaevoluzionestellare.

Infatti,aquestopuntoladensitàelatemperaturanelnucleodellastellahannoraggiuntodeilivelliinimmaginabili(latemperaturaèattornoalmiliardodigradi),einquestecondizioniestremeavvengonodeiprocessicheportanoalladistruzionedeicostituentibasedellamateria(elettronieprotoni),almenonellaformaincuisiamoabituatiavederla.

Iprotonieglielettronicomincianoainteragire,generandounneutroneeunneutrino.Quest'ultimaèunaparticellachehascarsissimainterazioneconlamateria,edunqueattraversal'interastellasenzainteragireconalcunelemento,trasportandoconséenergiachedifattovienesottrattaalnucleo.Questareazionetendearaffreddareilnucleoche,perreazione,cominciaacontrarsi,aumentandocosìladensitàefavorendodifattolareazioneelettroni-protoni.

Questoprocesso,unavoltainnescato,siautoalimenta:piùsottraeenergiaallastellapiùdiventaefficiente,nonacasovennedenominato"processoURCA"(dalnomediunfamosocasinòdiRiodeJaneiroincuiiclientieranosottopostiallostessotrattamento:piùperdevano,piùgiocavano,piùperdevano,piùgiocavanoecosìvia).Il"processoURCA",unavoltainnescato,puòconvertiresutempiscalabrevissimilastrutturacentraledellastellainunnucleofattosolodineutroni.Ineutroni,dalcantoloro,nonavendocaricaelettrica,sonomoltopiùcompattabilideiprotoni,edunquelamateriacostituitasolodineutronipuòraggiungeredensitàdigranlungamaggioridellamaterianormale.SipensicheselamassadellaTerrafossecostituitadaneutronipotrebbeesserecompressainunsferadipochimetridi

raggio.

Dunqueilnucleodiunastella,convertitoinneutroni,sicompattaistantaneamenteinunasferadipochichilometridiraggio.Naturalmente,questoproduceuneffettodisastrososullastrutturaglobaledellastella:lepartipiùesterne,chepoggiavanosulnucleo,venutaamancarelabasediappoggio,precipitanoincadutaliberaversoilnucleodensoel'impattodell'invilupposudiessogeneraun'ondad'urtochedistruggegranpartedellastella,adeccezionedelnucleodineutroniultra-denso,cheinveceresisteaquestourtoerimaneintatto.

Questoprocessoproduceunodeifenomenipiùspettacolaridell'Universo:lacosiddetta"esplosionedisupernova",lastellasidistrugge,lasualuminositàaumentadimilionidivolte,ediventavisibileagrandissimedistanze.L'esplosionedisupernovaèdunquel'ultimosegnalediunastellamassicciacheècollassata:quellocherimaneèunanubedigaseunastelladineutronioppureunbuconero,dipendedallamassaingioco.

Abbiamovistochelaformazionedeglielementifinoalgruppodelferrotrovaunaspiegazionenaturaleattraversolereazionitermonuclearidifusionenegliinternistellari.Tuttavia,questotipodireazioninonriesceaspiegarelaformazionedielementipiùpesantidelferro.Performarequestielementibisognaricorrereaprocessipiùcomplessiepiùrari,comeadesempiolacosiddetta"catturaneutronica".Sitrattadellacatturadiunneutronedapartediunnucleopesante:questoprocessopuò,inlineadiprincipio,avvenirefacilmente,vistocheineutroninonsonoelettricamentecarichiequindinonoppongonoresistenzaacombinarsiconnucleicarichi.Inquestocasoperòilproblemaètrovareneutroniliberichepossanoesserefacilmentecatturati.Neutronidiquestotipopossonoesseregeneratidaunprocessochiamato"fotodisintegrazionedelferro",ovvero,incondizioniparticolari,unfotonedialtaenergiacolpisceunatomodiferroeloscomponein13atomidieliopiù4neutroni.

Questineutroniliberi,catturatidagliatomi,decadonoalorovoltainprotoneedelettrone,equindigeneranoatomiviaviapiùpesanti.Reazionidiquestotipopossonoavveniredurantelefasiesplosivedellasupernova,chedunquerappresentaancheunafaseimportanteperlasintesideglielementichimici.

LeggereilCielo


Introduzione

Fontidienergia


Popolazionistellari

Letture


Lestelleemettonoradiazioneelettromagneticasututtolospettrodilunghezzed'onda,dairaggigammaeXalleonderadio.Moltadiquestaradiazioneètuttaviaassorbitadall'atmosferaterrestre,quindidaterraèpossibilefareosservazionisoloinalcune“finestre”particolari,qualiadesempiol'intervallodilunghezzed'ondavisualieleonderadio.

Èsoloattraversol'analisiela"decodificazione"deimessaggicontenutiinquestaradiazioneelettromagneticachenoipossiamoottenereinformazionisulleproprietàfisicheechimichedellestelleedellegalassie.

Moltapartedellastoriadell'astronomiaèandataquindidiparipassoconlacapacitàdell'uomodisvilupparetelescopiericettorielettroniciviaviapiùpotentiesofisticati,percaptareisegnalidisorgenticelestisemprepiùdebolielontane.Sisonoquindisviluppatistrumentidaterrapercaptarelaradiazionevisibileeleonderadio,mentre,percaptaretuttaquellaradiazionechenongiungesullaTerraperchéassorbitadall'atmosferaterrestre,sisonolanciativaritipidisatellitiesondeinorbitaattornoallaTerra.Naturalmentelapiccolafrazionediradiazioneprovenientedallospaziocheriusciamoaraccogliereèpreziosaeoccorresfruttarlaalmassimo,cercandocioèdidecifraretutteleinformazionicontenuteinessa.

Lalucecheprovienedallestelle,peresempio,contieneunagrandequantitàdiinformazionipreziose,nonsolosullaloroluminosità,maanchesullalorotemperaturaeperfinosullacomposizionechimica.Vediamoschematicamentecomeèpossibilericavarequesteinformazioni.

Lestelleemettonotipicamenteradiazionedi"corponero"nell'intervallodilunghezzed'ondavisibili.Taleemissionehaunacurvacaratteristica(luminositàinfunzionedellalunghezzad'onda)perognitemperatura.Sihaquindiche,facendomisurediluminositàadifferentilunghezzed'onda,cioèindiversebandespettrali(usandoadesempiofiltriopportuni),èpossibilerisalireallatemperaturasuperficialedellastella.Generalmente,daduemisurediluminositàinbandediversesiderivaquellochesichiama"indicedicolore",cheèdefinitocomeilrapportotraleduemisurediluminosità.

Èpossibilecalibrarequestoindiceinfunzionedellatemperatura,utilizzandolecurveteorichedicorponero,ededurrequindilatemperaturadellastelladalrapportoinluminositàindueregionidellospettroelettromagnetico.Sihaquindicheattraversomisurediluminositàsiottengonoinformazioninonsoltantosuquantaenergiahaunastella,equindisullasuamassa,maanchesullasuatemperatura.

Sepoianalizziamolaradiazioneelettromagneticachegiungedallestelleutilizzandouno"spettrometro",ovverounostrumentochescomponelalucenellevarielunghezzed'onda,siamoancheingradodiavereinformazionisullacomposizionechimica.Percapirecomepossiamoricavare

questainformazione,supponiamodiavereunalampadinalacuilucevienefattapassareattraversounprisma.Perilfenomenodellarifrazionelalucevienescompostanellesuevariecomponentidilunghezzad'onda,edunque,proiettandosuunoschermolalucescomposta,avremmounasequenzacontinuadicoloridalblualrosso,generandoquellochevienedefinitouno"spettro"diemissione.

Sefralalampadinaeilprismamettessimodegliatomidiuncertoelementochimico,succederebbechequestiultimiassorbirebberoalcunelunghezzed'ondatipiche(dipendedallastrutturaelettronicadegliatomiinquestione)equindinellospettrofinalecomparirebbero

dellerighe,incorrispondenzadellelunghezzed'ondamancantiperchéassorbitedagliatomi.Gliatomidiciascunelementochimicohannounpropriospettrodirighecaratteristico,unasortadiimprontadigitale.

Inunastellasuccedeinpraticalastessacosa:l'energiaprodottaalsuointernovienetrasportatainsuperficie,dovecisonoatomidivarielementichimici(idrogeno,elioedelementipiùpesanti),quellidicuiècompostoilgas,epoiirraggiata.Quandoanalizziamolospettrodellaradiazioneemessadaunastella,otteniamoquindiunasequenzacontinuadicoloridalblualrosso,solcataperòdauncertonumerodirighecaratteristiche.Èproprioanalizzandolapresenzael’intensitàdiquesterighechepossiamodedurrese,equantiatomidiuncertoelementochimicosonopresentisullasuperficiedellastella.

LeggereilCielo


Introduzione

Fontidienergia


Popolazionistellari

Letture

Popolazionistellari

Abbiamovistocomeanalizzandoopportunamentelaluceprovenientedallestellepossiamoottenereinformazionisullelorocaratteristichestrutturaliefisiche(luminosità,temperatura,composizionechimica,ecc.).Perpoterperòtracciarelastoriaevolutivadiunastellaoccorre"fotografarla"durantetuttiimomentisignificatividellasuavita,cioèalmenoognivoltacheavvengonocambiamentisostanzialinellasuastruttura.

L'uomotuttaviavivetroppopocoperpoterdedurrel'evoluzionedellestelledall'osservazionediunasoladiesse.Anchesepotesseosservareunastellapertuttalasuavita,nonvedrebbenessuncambiamentoapprezzabileperchéin100annimoltedelleproprietàdellestellerimangonopraticamenteinalterate.Lanaturaperòhaaiutatol'uomo,infattilestellepossonoformarsisiasingolarmentecheinaggregati,dettiammassistellari.Gliammassistellarisonocaratterizzatidastelledidifferentemassaeluminosità,legategravitazionalmentefraloro.Questestellehannotuttelastessadistanza,etàecomposizionechimica,essendosioriginatenellostessoistantedallastessanubedigas.Abbiamovistochelestelledimassapiùgrandeevolvonopiùrapidamentediquelledimassapiùpiccola,perchéconsumanopiùvelocementeilcombustibilenucleare.Questofasìcheosservandounammassostellareèpossibileosservarelestelleindiversistadievolutivi(quellepiùmassicceneglistadifinali,quellemenomassicceneglistadiiniziali).Sicapiscequindicomelostudiodegliammassistellaririvestaun'importanzaastrofisicafondamentaleperanalizzarelevariefasievolutivecheattraversanolestelledurantelalorovita.Infatti,soloosservandointere"popolazioni"distelleindifferentiammassistellari,ciascunocaratterizzatodaunacertaetàecomposizionechimica,sipuòavereunquadropiùaccuratoecompletodell'evoluzione.

NellanostraGalassiaeinquellevicine,comeleNubidiMagellanooAndromeda,sipossonostudiaresiaammassistellarigiovanichevecchi,comegliammassiglobulari.Questiultimipossonocontenereanchedecinedimigliaiadistelleerappresentanoglioggettipiùvecchiosservabilinell'Universo,hannocirca15miliardidiannieillorostudiohaancheunagrandeimportanzacosmologica.Infattilaloroprecisadatazionefornisceunlimiteinferioreall'etàdell'Universo,mentrelostudiodellalorocomposizionechimicapuòdareinteressantiindicazionisulleabbondanzedeivarielementichimicinelleprimefasidivitadell'Universo,dopolagrandeesplosioneiniziale.

Gliammassistellarigiovani,conetàchevannodaalcunimilioniacentinaiadimilionidianni,sonopopolatisoprattuttodastellemassicce,luminoseecalde,chestannobruciandoidrogenoeelioalcentro.Sonoquindiparticolarmenteluminosiallebasselunghezzed'onda,emettendoradiazionemoltoenergetica.Gliammassistellarivecchi(miliardidianni)sonoinvecesoprattuttopopolatidastellepiùfreddeedipiccolamassa,avendoquellecaldee

massiccegiàterminatolalorovita.

Abbiamovistocome,conduemisurediluminositàinduefiltridiversi,sipuòderivarel'indicedicolore,cheèunindicatoreditemperatura.Combinandounamisuradiluminositàconl'indicedicoloresiottieneilcosiddettodiagrammacolore-magnitudine,checostituiscelostrumentobasediindagineperquantoriguardal'evoluzionestellare.Inparticolare,nelcasodiosservazionirelativeadunammassostellare,vistochelestellesonoallastessadistanzadanoi,differenzeinluminositàtralestelledell'ammassopossonoessereinterpretatecomedifferenzeinmassaoinfaseevolutiva.

Semisuriamoinfattilaluminositàinduefiltridiversiperunnumerosufficientedistelleinunammassostellare,possiamoricavareperciascunadiessal'indicedicoloreeriportarloinundiagrammainsiemeallasualuminosità.Quellochesiottieneèchelemisurenonsidistribuisconoacaso,madefinisconodellesequenzebenpreciseedifferentiasecondadell'etàdella"popolazione"stellareconsiderata.

Questesequenzecorrispondonoallevariefasidibruciamentodicombustibile,dicuiabbiamoparlatoinprecedenza,einpraticacostituisconofotografieistantaneedellecaratteristichestrutturaliefisichediciascunadellestelleesaminate.Proprioperòperilfattocheseneosservanotanteeinfasievolutivedifferenti,èpossibilericostruiretuttalalorostoriaevolutiva,anchesesisvolgesutempiscalaenormementepiùgrandidiquelliumanamentesperimentabili.

LeggereilCielo


Introduzione

Fontidienergia


Popolazionistellari

Letture

Letture

*B.Cester,Corsodiastrofisica,Hoepli,Milano,1984;

*V.Castellani,AstrofisicaStellare,Zanichelli,Bologna,1985;

*V.Castellani,P.Giannone,Evoluzionestellare,EdizioniSistema,Roma,1977;

*L.Gratton,Introduzioneall'astrofisicavolumiIeII,Zanichelli,Bologna,1984;

*HarwitM.,Astrophyisicalconcepts,SpringerVerlag,Berlin,1998;

R.Sexl,H.Sexl,NaneBiancheeBuchiNeri,BollatiBoringhieri,Torino,1990.


LeggereilCielo

VisitaguidataattraversolaViaLatteaGiorgioG.C.Palumbo

LaViaLatteaèquellaluminosastriscia,densadistelle,cheattraversailcielonotturnoe,allenostrelatitudinièmegliovisibilenelleserateestive.Essaènotaanchecome"laGalassia"dall'omonimoterminegrecochesignificalatte.Osservataestudiataconpotentitelescopidacircaunsecolointuttelebandedellospettroelettromagnetico(ovverolaradiazionechecoprelelunghezzed'ondadalleonderadio:metri,centimetri,millimetri,allalucevisibileeultravioletta:Ångströmocentomillesimidimillimetro,X,centomilionesimidimillimetro,eGamma,miliardesimidimillimetro)oggisappiamocheècompostadacentinaiadimiliardidistelle,gas,polvere,particellecosmiche;iltuttopermeatodaundiffusoenonuniformecampomagneticoedauncampodiradiazioneanch'essodiffuso,ovveroda"luce"(inquantosegueilterminelucevaestesoatuttalaradiazioneelettromagneticaacuisièaccennatoprimacioèdituttelelunghezzed'ondadalleradioondeaifotoniottici,XeGammadoveperpraticitàquandolaradiazionehalunghezzed'ondagrandi,siparladiondeeperlunghezzed'ondacorte,siparladifotoni).LapartenonstellareèanchenotacomeMezzoInterStellare(MIS).Simileamoltealtregalassielontaneanchequellaincuicitroviamoèunagalassiaspiraleedunatralepiùgrandi.Inundiscodicirca130.000annilucedidiametroincuisonodistribuitigliingredientiprimaelencati,siidentificano:ibracciaspirale,ricchidigas,polvereestelle,il"bulbo"origonfiamentocontenenteilCentroGalattico(CG)polverosoeoscuratonelvisibile,unalonedistellequasisfericochecontienesiailbulbocheildisco,questoalonesistimaabbiaunaluminositàtotaleequivalenteacirca15miliardidisoli;unalonescuro,nonemittenteluce,mamassicciochecircondatuttoesiestendemoltoaldilàdeldiscopiùaloneluminoso.Questoalonescurononèmaistatodirettamente"visto"malasuapresenzaèrichiesta,inmodoindiretto,perspiegarealcuneosservazioni.SicalcolachelamassadellaGalassia,grazieallapresenzadiquestoalonescuro,siacirca70voltemaggiorediquellastimatautilizzandolasolamassaluminosa.Seciòèverosignificache,attraversolostudiodellaradiazioneelettromagnetica,prodottadaprocessifisicinoticheavvengononellamateria,possiamoconosceresolounafrazionediquantorealmenteesiste.LaGalassiaruotaintornoadunasseperpendicolarealdiscoinmododifferenziale,cioènoncomeuncorporigidomacomel'acquanellavandinopienoquandositoglieiltappodalloscarico:piùvelocementealcentroepiùlentamenteaibordi.

IlSolesitrovaacirca27.000annilucedalCentroGalattico,dunquepiùvicinoalcentrocheaibordi,eviruotaintornopercorrendouncompletogiroincirca230milionidianni.SideducechelavelocitàdelSoleèdi220chilometrialsecondoovverocirca800.000chilometriall'ora.TuttequestecomponentilaGalassia(edanchelealtregalassiespiralipoichéabbiamoragionedicrederecheanchelealtresianodeltuttosimili)sonotenuteinsiemedallareciprocaattrazionegravitazionaledellevariecomponentimassive.

Nonverrannoquidiscusselestelleelaloroevoluzione

poichéaltrovequestiargomentivengonotrattatiindettaglio.BastiquiricordarechelepiùbrillantitraesseemettonoinungiornopiùlucediquantanonneemetteràilSoleperiprossimi2000annielepiùdeboli,sefossepossibileporlealpostodelSole,illuminerebbero,amezzogiorno,menodiquantononillumini,dinotte,lalunapiena.Lestellepiùcaldeemettonocopiosequantitàdiluceultraviolettaeappaionoblumentrelepiùfreddeappaionorosse.PostealcentrodelSistemasolarelestellepiùgrandiarriverebberofinoatoccareSaturno,lepiùpiccolesonoinvecedelledimensionidellaSicilia.LestellepiùvecchiedellanostraGalassiahannopiùdi15miliardidiannimentrealmenounadecinaperannosonoappenanateequalchedecinasonocertopiùgiovanidichistaleggendoquestepagine.AccenneremoinveceallaformazionedellestellecheèpossibilegrazieallacondensazionedelgasedellapolverepresentenelMIS.LamassadelMISècircaundodicesimodellamassatotalecontenutaintuttelestelle,pariadalcunimiliardidisoli,cioètutt’altrochetrascurabile.

Brevementeparleremoanchedellestellespente,oggettiestremamentedensiecompattinoticomestelledineutroniebuchineri,dicomeessisiforminoetramitequaliprocessi.Questociserviràperspiegarel'originedelmaterialedelMISdacuisiformanonuovestelle.

Lamateriainterstellarefuintrodottacomeipotesiperspiegareduetipidiosservazioni:lapresenzadi"buchi"nelladistribuzionedellestelleosservatiperlaprimavoltadall'astronomoingleseW.Herschelnel1700eladiscrepanzaottenutamisurandoladistanzadellestelleinammassiapertiusandoduediversimetodi,notata,perlaprimavoltanel1930,dall'astronomoamericanoTrumpler.Nonpocafularesistenzadellacomunitàastronomicaall'introduzionedimateriaframmentatainpiccoleparticelle(dettaanchedi"polvere")inunquadrodell'Universochesemprepiùsiallontanavadall'immaginedelleperfettesferedescrittedaimotideicorpicelestiinunvuotoperfettoesiavvicinavavelocementeallacasualeecaoticadistribuzionediinterferenzediattrazionireciprocheinunmezzosporcoepolveroso.Èironicoche,menodiunsecolopiùtardi,lastessapolvere,ipotizzatacomefastidiosasorgentedierrorenellemisureastronomiche,èconsideratailcatalizzatorefondamentalenelprocessodiformazionedistelleepianeti.Lostudiodellapolvereinterstellareoggirappresentauncapitolodell'astronomiaingrandeespansionetantodaesseretalvoltaindividuatocome"astrochimica".Essopresentaformidabilisfidealfisicoechimicochesiaccingono,utilizzandoipochi,macrescenti,datiosservativi,adefinirneleproprietàdibase.

Tuttiicampidellafisicasononecessaripercomprendereleproprietàfisichedeigranellichecompongonolapolverecosmica.Percapiresecondoqualileggiessiinteragisconoconl'abbondanteradiazionepresentenelMISbisognautilizzaresiairisultatidellafisicadellostatosolido,cheleleggideicampielettromagnetici.Lafisicadellesuperficiaiutaacomprenderecomeigraniinterstellariassorbanoenergiadalgascircostantetramiteurti,questaenergia,tramutataincalore,liriscaldaedessipoilariemettonosottoformadiradiazionealunghezzed'ondamaggioridiventandosorgentiinfrarosse.Lachimicainsegnacomereazionisullasuperficiedeigranimedesimi,stimolatedall'impattoconmolecoledidiversanatura,permettanolaformazionedicomplessestrutturemolecolaricontenenticateneformatedadecinediatomi.Processifisici,tipicidellostatosolido,sononecessariperdescriverelacaricaelettricacheigranipossonoacquisireoperderementrelatermodinamicaelafisicastatisticaciaiutanoaformularemodellichespieghinol'aumentoditemperaturadeigranipiccoli.Lachimicaterrestreèmoltointeressataallaformazionedigruppidimolecolecomplesse,nelMISalcunidiquestigruppipossonoessereformatigrazieallecondizioniestremeditemperatura

edensitàdell'ambiente.Questigruppimolecolari,oltreaspiegareleosservazioni,sipensasianoilsemedacuisipossonofarcrescereigranidipolverecosmicafinoalledimensioniosservatedi(0.1-1)micron(pariadunmillesimodimillimetro)dimensionitipichedelleparticelledifumo.Suscaleatomicheigranisonocomemontagne,ognunodiessicontienemigliaiadimiliardidiatomi.Questenucleazionipotrebberoavvenireinprossimitàdelleatmosferestellaridovelemolecolesonoprodotteedovemodellidicrescitadeigranistessisuggerisconovisianogliingredientiedimeccanisminecessariperchéavvenga.Insintesiigranellidipolverechesitrovanotralestelleeche,all'inizio,vennerointrodotticomespiegazionediunasorgentedidisturbo,l'assorbimentodellaluce,oggioffronosialaspiegazioneaunaseriedidatiosservativialtrimentiincomprensibili,chelaragionevolebaseperunmodellodiformazionedistelleerelativisistemiplanetari,offrendol'opportunitàdistudiarelamateriainstatidiaggregazionenonottenibiliinlaboratorio.

Figura1.RicostruzionedellaluminositàdellaGalassia.Quil'interaViaLatteaèdistesainun'unicafasciaorizzontale;ledueestremità,adestraeasinistrasitoccano.Ilcentrodellagalassiaèalcentrodell'immaginementrel'anticentroèall'estremità.LalargafasciascuraasinistradelcentrosiestendefinoalCignoedèlamaggioreconcentrazionedinubimolecolari.

Morendo,unastellafertilizzalospazioconiprodottidellesuefornaciinterne.Unastellabrucial'idrogenodicuièfattae,attraversoilprocessodifusione,produceivarielementi.Questoprocessoèspiegatoindettaglionell'articolodiFlavioFusiPecci.Quandoilcentrodellastellaraggiungei5miliardidigradilasituazionesifacritica.L'energiatermicaminacciadisuperarel'energiadifusionedeinuclei.Comeunapietanzainunfornotroppocaldo,l'arrostonuclearerischiadibruciare.Ipreziosinuclei,pazientementepreparatidallastelladurantelasualungavita,rischianodidecomporsinuovamenteneilorocomponenti,innucleoni.Ildisastroèincombente.Lasituazioneèsalvatainpartedallafugadeineutrini,prodottiinabbondanza,mailrisultatoèunacadutaliberadellamateriastellareversoilcentro.Questacadutafapartireunaesplosioneformidabile:unaluceaccecantepariacentinaiadimilionidisolisprigionadallastella.Vistodallaterraquestoeventoèchiamatosupernova.Allavelocitàdimigliaiadichilometrialsecondo,glielementiprodottiedispostiinsfereconcentricheintornoalnucleodellastella,sonolanciatinellospazio.L'espansioneduramillenni,lamateria,suscalastellare,ripercorrelastoriadell'universoprimordialeduranteiprimiminuti,diventadiluitaefreddamaconunaenormedifferenza,adessolamateriacontienenucleipesanti.Possiamoconsiderarel'esplosionediunastellacomeun'altraviachelanaturausaperaumentareilgradodicomplessità.Nonèpossibileformarelegamielettriciperformareatomialletremendetemperatureall'internodellestelle.Questosiverificanelfreddoevastospaziointerstellare.NeiprimitempiincuièesistitalaGalassialesuestelleeranocompostedisoloidrogenoedelio;lasituazioneècambiatanelleseguentigenerazioni,attraversoirestidellesupernovaeilmezzointerstellarediventasemprepiùriccodielementipesanti.Questononèuncambiamentodapoco,le

stelledellegenerazionisuccessivesiformanodagasarricchitodiquestielementipesanti.Dopo15miliardidiannidisuccessiveaggiunte,cioèdurantelavitadellaGalassia,gliatomipesantisonosolol'unopercentodituttigliatomipresentimahannounruoloassolutamentecruciale.Lesupernovaesonoeventiabbastanzarari;nellaGalassiasistimalafrequenzadisupernovaebasandosisiasullerimanenzeosservatechesuglieventistorici.ConnotevoleincertezzasipensachenellaViaLatteascoppiunastellaognicirca100anni.Sitengacontoperòchel'ultimasupernovalaosservòKeplero.Sistudianoquindiconattenzionelesupernovaechesiosservanoingalassievicineesimiliallanostra.Èdaquestieventichederivabuonapartediciòchesappiamo.

Quandounastellamassiccia(massamoltopiùgrandediquelladelSole)esplode,nonsidisperdeinteramentenellospazio,lazonacentralecadesusestessa.Appareunnuovooggettoconproprietàstraordinarie:unastellafattadisolineutroni.Ladensitàdimateriainuna"stelladineutroni"simisuraincentinaiadimilioniditonnellatepercentimetrocubo.Questoequivaleallamassadiunapetrolieraconcentratainunacapocchiadispillo.Nonsonobennotiifenomenifisicicheavvengonoinquesteestremecircostanzemasappiamocheinucleiatomicinonpossonoreggerelapressioneesifondonoinsieme.Iprotonisitrasformanoinneutronielaforzadominantenonèpiùnéquellaelettricachedominagliatominéquellanuclearechedominainuclei,malagravità.Perquestosichiamanodineutroni.Alcunediquestestelle,rimasuglidisupernovaeesplosetempofa,emettonolucedaunaporzionedellalorosuperficieegiranovorticosamentesusestesse.Ilrisultatoèchenoi,daterra,vediamopassareperiodicamentequestofascioinnanzialtelescopioeriveliamounimpulso:questesonole"pulsar".

Inalcunicasiilrestodiunasupernovapuòdiventareanchepiùdensodiunastelladineutroni.Intalcasolagravitàcheagiscesudiessoèestremamenteforte,tantodatrattenerelaluceprigionieraenonlasciarlasfuggire.Ilcorpopertantodiventascuroedinvisibile,diquiilnomedi"buconero".

Qualèlamassadiunbuconero?Qualsiasi,ungrammo,unmiliardoditonnellateounmiliardodivoltelamassadelSole,bastachesiacontenutainunvolumesufficientementepiccolo.UnbuconeroconlamassadelMonteBiancopotrebbeesserecontenutoinunvolumepariaquellodiunatomo,unbuconeroconilvolumedelMonteBiancoavrebbeunamassapariaquelladelSole.

Ibuchinerisipossono"vedere"nonostantelamancanzadiemissionediradiazionenonaiuti.Inaiutocivieneinvecelaforteattrazionegravitazionalecheessiesercitano.SeilSole,quasipermagia,diventassedicolpounbuconero,ilsuoraggiodiverrebbeminorediunchilometroenonemanerebbepiùlucemaipianeticontinuerebberoaruotargliintornocomesenullafosseaccaduto.Incielocircalametàdellestellesonobinarie,cioèhannounacompagnaedinsiemeruotanointornoadunpuntopostoinunaposizioneparticolaresulsegmentocheleseparaechedipendedallemassedelleduestelle.Seunadellestelleèunbuconeroel'altraunastellanormalelamateriaelalucechelastellanormaleemetteèprontamenteattrattadalbuconerochelaattiraasé.Cadendosulbuconerolamateriasiincanala,perattritosiscaldaedemetteradiazioneXegammache,osservatadaterra,cifornisceunainconfondibileprovadiciòcheaccade.Oggimoltestellesononoteperaverecomecompagnauncandidatobuconero.

Varicordato,percompletezza,chestelledipiccolamassa,cioècomeilSole,nonmuoionoinmodocosìdrammaticoenonattraversanolafasedisupernova.Acausadellamodestamassanonraggiungonomailatemperaturanecessariaesiaccontentanodispegnersidiventando"nanebianche",anch'esse"stelline"divolumesimileaquellodellaterrama,

paragonateallestelledineutroni,moltopiùgrandi(lestelledineutronihannounvolumesimileaquellodiunamontagna)emoltomenodense(unatonnellatapercentimetrocubocontrocentinaiadimilioniditonnellateperlestelledineutroni).

Studiarestelleenebulosenellagalassiavuoldireguardareattraversoildiscoepiùdistantisonoglioggettiosservatipiùdifficilediventaosservarliacausanonsolodelladiminuzionediflussoinragioneinversaalquadratodelladistanzamadell'oscuramentocheproduceilgaselapolverediffusalungoilpianogalattico.Ilgasintergalatticoperòproduceonderadio,grazieallapresenzadielettroniecampomagnetico,taliondepenetranoilmezzodiffusoepermettonoall'astronomodiosservaredovelalucenonpenetra.Granpartediciòchesappiamosullastrutturadeldiscogalatticociprovienedaosservazionidigasematerialepostonellospaziotralestelle.Questomaterialevienedaidetritidistelleesploseinpassato,lesupernovae.InmediailMIShaunadensitàdiunatomopercentimetrocubo.Sipensi,percontrasto,chel’atmosferaterrestrecontiene25miliardidimiliardidimolecolenellostessovolume.Ancheilvuotopiùspinto,mairaggiuntoartificialmenteneinostrilaboratori,arrivaamalapenaaqualchecentinaiodimiliardidiatomipercentimetrocubo,questociaiutaacomprenderequantosiadifficilesimularelecondizionidelMISsullaTerra.LasituazioneèulteriormenteaggravatadalfattochelatemperaturamediadelMISsiaggiraintornoa(10-100)°K,ovvero(170-200)°Csottozeroeitempiconcessiagliatomiperformaremolecole,graniedeventualmentenubisufficientementemassiccedapotercaderesottol'attrazionedellapropriagravitàeformarestelle,simisuranoinmilionidianni.

Naturalmentepuòsembrareovviochiedersise,incondizionidiestremararefazione,siasensatoporsiilproblemadelcollassodellamateriainnubie,successivamente,instelle.LedimensionidellaGalassiasonotalicheanchedensitàbasse,cioèdiunatomopercentimetrocubo,distribuitesututtoilvolumeammontanoadalcunimiliardidimassesolari.

L'elementodigranlungapiùcomunenelMIS,enell'Universo,èl'idrogeno(H)anchesecompaiono,inproporzionidiverseedinconcentrazionidisuniformi,anchetuttiglialtri.L'Hatomico,laformapiùcomunenelMIS,trasmetteradio-ondedellalunghezzad'ondadi21cm.L'Hmolecolare(H2),formatodadueatomidiHunititraloro,èmoltofragileepuòesisteresoloinnubidensecheloscherminodallaradiazioneultravioletta,abbondantementeprodottadallestelle,cheseparerebbeidueH.Perquesteragionil'HatomicoèpiùcomunenellepartiesternedellaGalassiamentrequellomolecolarenellepartiinternedeldisco,piùricchedipolveri.Sistimachecircail70%degliatomidiidrogenositrovinopiùlontanidelSoledalCGmentreil90%dellemolecolediidrogenositrovinopiùvicine.LemolecolediHnonemettonoradioondee,quindi,sonodifficilidastudiareperché"nonsifannovedere".L'ossidodicarbonio(CO),molecolachecoesisteconquelladell'Hanchesemoltomenoabbondante,emetteradiazionedilunghezzad'onda2.6cmepuòessereusatacometracciantedellH2.AttraversolostudiodettagliatodelladistribuzionedelCOsièscopertochegranpartedelgasmolecolareècontenutoingiganteschicomplessidettiNubiMolecolari(NM)che,alorovolta,contengonoframmentipiùdensi.UnaNMtipicacontienecirca200000massesolaridigasehadimensionimediedi150anniluce.Sinoticheinunasferaimmaginaria,dicircauncentinaiodiannilucediraggio,centratasulSole,sicontanopiùdi10000stelle,questodatociaiuteràacapirecomenelleNMmediamentesitrovinosempremoltestelle,lequaliemettonolucechetalvoltaneilluminaporzionianoivisibilioppureèassorbitacreandol'effettodioscurefigurestagliatesuunosfondodistellelontane.NelleNMesistonolecondizioninecessarie

percrearedeicentridiformazionestellare.Unafucinadistellea1500annilucedanoièlanebulosadiOrione.Inessal'intensaluceultraviolettaemessadaalcunestelleditipoOeBhastrappatol'elettronediunagranpartedegliatomidiHpresentinellevicinanzecreandounaregionediHionizzatocheemettelucevisibileeche,datalaprossimitàanoidiOrione,sipuòosservareancheadocchionudo.

LenebulositàchesiosservanonelpianodellaGalassiasonoditretipi:nebulositàscureeduetipidinebuloseluminose.Comesispieganoquestedifferenze?Lalucestellarevieneriflessadallasuperficiedeigranieproducele"nebuloseariflessione"qualisiosservanonellePleiadi,mentrenellealtreilgas,checoesisteconlapolvere,vieneeccitatodallalucestellareedemetteluceperincandescenza.LagrandenebulosainOrione,èunadellenebuloseademissione.Lenebulositàscure,invece,semplicementeassorbonolaradiazioneelapolveresiscalda,lanubequindidivieneunaforteemittentenell'infrarossomanonè"visibile"daitradizionalitelescopiotticieapparecomeunamacchiascuranelleimmagini.NellenebulositàcomequelladelGranchio,adesempio,chesonoilrestodiunastellaesplosanell'anno1054,comeèstatopossibilericostruireconprecisionedatestidiastronomicinesidell'epoca,siosservanobaglioriazzurrini,questaradiazioneèdiuntipoparticolare,vienedetta"disincrotrone"edèanalogaallaluceemessaneitubiincuiifisiciacceleranoparticellecaricheconvelocitàprossimeaquelledellaluce.OsservarelucedisincrotronenellanebulosadelGranchio,dunque,vuoldirechevisitrovanoparticelleultrarapideche,siritiene,sianostateacceleratepropriodurantel'esplosionedellastella.Lestesseparticelle,lasciatavelocementelanebulosa,sipropaganonellaGalassiaedivengonopartedelgranflussodi"RaggiCosmici"chearrivanoancheabombardareperennementel'atmosferadellaterra.Lafunzionedeiraggicosmicièmolteplice,adesempiovisonotreelementichimicichelestellenonsonoingradodisintetizzare:illitio,ilberillioedilboro.Lalorostruttura,infatti,èdeboleenonresisteallealtetemperaturepresentiall'internodellastellastessa.Essivengonoperòprodottineigrandifreddiinterstellariquandounraggiocosmicoincontraunnucleodiunatomodicarbonioodiossigenoche,nell’impattosispezzaedalcunideiresiduiservonoaformare,appunto,atomideglielementilitio,berilliooboro.Questieventisonorariegiustificanolascarsità,nellaGalassia,diquestielementi;ungrammodiacidoboricoacquistatoinfarmaciacontienepiùatomidiborodiquantinonseneformino,inunvolumepariaquellooccupatodalSole,inunmiliardodianni.IRaggiCosmiciapparirannoanchealtrove,essi,quandofuronoscoperti,vennerocosìchiamatiquasiaconfessareunadupliceignoranzapoichéraggisignificachenonsisapevachecosafosseroecosmicichenonsisapevadidovevenissero.Oggisiconosceconbuonaapprossimazione,sialacomposizionedellaradiazionecosmica,perlopiùprotoni,chel'originediessa,dai"flares"solariestellari,allesupernovaeameccanismidiaccelerazionenelcampomagneticogalatticoedinfineperipiùenergetici,forse,ainucleidellegalassie.,

Irestidisupernova,dopoalcunedecinedimigliaiadianni,sisonoespansinellospazioedoccupanounvolumedidiametroalcunedecinedianniluce.LanebulosadelCignoèunbuonesempioincuisiosservanofilamenticoloratichesiintreccianocomeilfumodiunasigaretta.Latemperaturadiciòcherestadell'esplosioneiniziale,siavvicinaaquelladellenubiinterstellari,pochedecinedigradialdisopradellozeroassoluto.Ciònonostantenontuttoèmortoespento,l'attivitàchimicariprendevigorosa.Èl'idrogenocheguidailprocessounendosiadatomipesantiperformarenuovemolecoleanoinotepoichéfannopartedellavitaquotidiana:acqua(idrogenoeossigeno),ammoniaca(idrogenoeazoto),metanoealtriidrocarburi(idrogenoe

carbonio).Alcunediquestemolecolesonotenuteinsiemedaunlegameparticolarmenteversatiledetto"legameadidrogeno"cheèillegamechepermetteallemolecoled'acquadiunirsitraloroediavereunatemperaturadiebollizioneparticolarmentealta.Peresempio,senzaquestolegameglioceanisarebberoprontamenteevaporatienonsarebbepossibilelavita.Sipensachelemolecolecontenentiidrogenoforminounsottilestrato"ghiacciato"sullasuperficiedeigranidipolvere.Siamoquindiinpossessodituttigliingredientiche,perazionedeiRaggiCosmiciedeifotoniultraviolettiemessidallestelle,possonoformarelemolecolepiùcomplesse.

IRaggiCosmicisonoiresponsabiliiniziatoridell'evoluzionechimica.Nellospazioessiurtanoigranellidipolvereeliberanolemolecolecongelatesullalorosuperficie.Iframmentisiricombinanocasualmentedandoinizioadunanuovachimica.Attraversoquesteunionicasualisiformanomolecoledinotevolidimensionichecontengonoanchepiùdi10atomi.Sonogiàstateosservate,grazieallaloroemissionenellabandaradio,molecolediossidodicarbonio(2atomi),acqua(3atomi),ammoniaca,acetilene,formaldeide(4atomi),metanoedacidoformico(5atomi),alcoolmetilico(6atomi)alcooletilico(9atomi)percitarequellechehannoun"nome"noto.Lemolecoleprodotteinquestomodolascianolezoneincuisonostategenerateequindiigranichenehannopermessalanascita,pertrasferirsialtrovee"vivereunalorovita"indipendente.Comesièdettoognimolecolaemetteunaradiazionechepermettediidentificarla.Questaradiazioneègeneralmentesottoformadiradioonde.Osservazioniconradiotelescopicihannopermessodiidentificare,finoadoggi,piùdi100molecolenellospaziointerstellare.Nessunoavevaosatoimmaginarechetantacomplessitàpotesseavereoriginedaspazisoggettiacondizioniditemperaturaedensitàtantoestreme.Lascopertadistrutturecosìorganizzatecihacoltidisorpresa,lamateriasembrapossederel'imprevistacapacitàditrarrevantaggioanchedallecircostanzepiùavverse.

Nelpassatosicredevanellagenerazionespontaneacioè:l'immondizialasciatamarciregeneravermietopi.Pasteurhasradicatoquestaconvinzionedimostrandoche,sullaterra,lavitaègeneratadaesseriviventi.Oggiconlaimprevistascopertadiunamolteplicitàdimolecolecomplessenellospazioèritornatalaconfusionetraanimatoedinanimato,èpensabilechelavitaemergadallacombinazionedellevariecomponenti,concuicostruireaminoacidi,coniquali,asuavolta,siformanoleproteineelebasiconcuicostruireilDNA.L'evento,consideratoassai"improbabile",dell'apparizionedellavita,combinatoconl'evento,oranonsoloprobabilemachesistarivelando"comune",dellapresenzadipianetiintornoastelle,rendonoil"miracolo"dellavitanonpiùunasovrapposizionedicoincidenze,unapiùstraordinariadell'altra,maunapossibilitàchevariconsiderata.Checos'èlavita?Nelsensopiùampiolaparoladenotalatendenzachelamateriamostraadorganizzarsiinlivellidicrescentecomplessità.Laproduzionedielementinellefornacistellari,comelaformazionedimolecolecomplessesullesuperficigelatedigranellidipolvereinterstellare,sonoconfermedellastessatendenza,evidentenellaproliferazionedivegetazionenelleforestedell'Amazzonia.Sinotichetuttelemolecolechecomprendonopiùdi3atomicontengonoancheunoopiùatomidicarbonio,fornitodi4"ganci"(inchimicasidirebbedivalenza4)eparticolarmenteadattopercombinazionimolecolari.Anchesullaterrailcarbonioèpresenteingranpartedellegrandistrutturemolecolari.Sièdunquescopertocheilcarboniononèpredominantesolonellabiosferaterrestremanell'interaGalassia,eprobabilmenteanchenellealtre.Sembradunquesempremenounicalapresenzadellavitaesemprepiùprobabilel'esistenzadialtreformedivitaaltrove.Alladomanda:"siamosoli?"larispostacheoggisipuòdareè:"probabilmenteno".Sembrasisiaancoralontani,invece,dalsaperrispondereallaseconda,piùdifficile,domanda:"dovesonoglialtri?"

LeggereilCielo

LegalassieoltrelaViaLatteaLucaCiotti

Comesonolegalassie

LaclassificazionediHubble

LegalassieEarlyType

LegalassieLateType

Laformazionedellegalassie

Letture

Comesonolegalassie

Guardandoilcielostellatoinunanotteserenapotremmoaverel'impressionechel'Universosiapopolatodistelle,piùomenoluminoseedicoloridiversi.Taleimpressioneèerrata,infattituttelestellechevediamodistintamenteadocchionudoappartengonoallanostraGalassia,laViaLattea.Inrealtà,leosservazioniastronomicherivelanochei"mattoni"costituentidell'Universosonolegalassie,immensisistemicompostidagas,polveriefinoadiversecentinaiadimiliardidistelle,mantenutiunitidallaforzadigravità.Alorovolta,unagrossafrazionedelnumerototaledigalassieèraggruppatainstrutturegravitantiancorapiùgrandi,composteanchedamigliaiadigalassie,gliammassidigalassie(galaxyclustersininglese).Illavorointellettualenecessarioall'uomoperarrivareaquestoquadrodell'Universoèstatoovviamentefaticoso,nonsemprelecongettureformulatedurantequestocamminosisonorivelatecorretteesonostatequindiabbandonateinfavoredialtrepiùsolide,attraversoilcollaudatopercorsoscientificodimutuoscambioeverificatrateoria,modelli,edosservazioni.Perragionidispaziononpossiamoinquestasedeneancheaccennareallastragrandemaggioranzadeirisultatiteoriciedosservativiconnessiall'astrofisicadellegalassie:considereremotuttaviaraggiuntoloscopodiquestalezioneseallafineiconcettidibasequipresentatirisulterannochiariedassimilati.

Possiamofariniziarelanostrastoria(inmanierapiuttostoarbitraria)nellasecondametàdel1700(piùesattamentenel1748),quandol'astronomofranceseCharlesMessier,essendomoltointeressatoallascopertadinuovecomete,compilòuncatalogodeglioggettiastronomicidall'aspetto"nebuloso"cheiltelescopioinsuopossessoeraingradodirivelare(circauncentinaio),echerimanevanoimmobilirispettoallestellefisse.Contalecatalogoadisposizioneglierainfattipiùfacileidentificarelenuovecomete:anchequestioggettiappaionocomemacchieluminosedaicontorniindefiniti,maadifferenzadeglioggettidelsuocatalogosimuovonomoltovelocementesullavoltaceleste.Pochiannidopo,l'ingleseWilliamHerschel,conl'aiutodellasorellaCarolineediuntelescopiopiùpotente,compilòunelencodicirca2500nebulose.Nel1888J.L.E.Dreyercompletòtrecataloghiancorapiùgrandi,ilNewGeneralCatalogueofNebulaeandClustersofStars(NGC),eidueIndexCatalogues(IC):apparivaormaichiarocheilnumerodioggettiastronomicidall’aspetto"nebuloso"eranotevolmentesuperioreaquantoinizialmentetrovatodaMessier,echeaumentandolapotenzadeitelescopidisponibilitalenumerosarebbecresciutoancora.

Cominciòcosìaporsisemprepiùpressanteilproblemadellanaturadiquestioggetti,chevenivanoalloraraggruppatituttisottoilnomegenericodinebulose.Unpassoimportanteversolachiarificazionedelproblemafucompiutoversoil1850,quandoilgrandetelescopiocostruitodaLordRosseinIrlanda(ilpiùgrandetelescopioalmondodell'epoca)furivoltoversoglioggettidelcatalogodiMessieresividecheunafrazioneditalioggettimanteneval'aspettonebulosoed

amorfoancheconquestostrumento,mentreirimanentipresentavanoounaspettopiùomenoellittico,senzamostraresegniparticolari,oppureavevanounaformafortementeschiacciata,caratterizzatadauninconfondibiledisegnoaspirale.Inparticolare,questiultimioggettifuronochiamatinebuloseaspirale.Laquestioneoriginale,necessariamentegenerica,cominciòadarticolarsiindomandepiùspecifiche:cosasonolenebulose?Sitrattadioggettiappartenentiallastessafamigliaoppuredioggettifralorocompletamentediversichehannoaspettotelescopiconebulososoloperl'inadeguatezzadeglistrumentiutilizzatiperlaloroosservazione?Quantodistantidanoisonolenebulose?Quantosonograndi?Dicosasonocomposte?

Glistudisuccessivihannomostratochelacategoriadioggettiastronomicinotasottoilnomedinebuloseèinrealtàcostituitadadueclassidistintedioggetti,totalmentediversinelleloroproprietà.Nellaprimaclasserientranoquellecheoggisonoconosciutecomenebulosegassose(onebulosepropriamentedette),cioèimmensenubidigasepolveri,cheappaionoluminoseacausadidiversifenomenifisici.L'altracategoriadioggetticomprendesistemiformatidall'aggregazionegravitazionaledigasepolveriedaunnumeroenormedistelle:questisistemifuronochiamatigalassie.Lenebulosegassosesonoquindipartedellegalassie,ediquesteingeneralemoltopiùpiccole:purtroppoancoraoggiunaletteraturadivulgativanonsempreall'altezzadelsuocompitochiamainmanieradeltuttoimpropriacolnomedinebuloseancheisistemistellarichedovrebberoesserechiamatigalassie.

Perquantoriguardalegalassie,ildibattitodivampòferocetracolorochesostenevanotrattarsidiagglomeratidistellecontenutidentrolaViaLattea(equindinotevolmentepiùpiccolidiessa),eisostenitoridell'audaceipotesichepotessetrattarsidisistemistellarigrandicomeopiùdellaViaLattea(equindienormementelontanidaessa).Daentrambelepartidellacontesasiportaronoargomentidiplausibilitàanchemoltoprofondie,comespessoaccadenellosviluppodelleconoscenzescientifiche,ilproblemafuinfinerisoltounavoltapertuttesoltantodaosservazioniincontrovertibili.Infatti,nel1924l'astronomoamericanoEdwinHubble,riuscendoamisurareladistanzaditalioggetticonitelescopidimonteWilson,risolsedefinitivamentelaquestioneafavoredellateoriaextragalattica:laViaLatteaperdevaquindiilsuostatusprivilegiato,diventandocosìunafraleinnumerevoligalassiedicuil'Universorisultavapopolato,finoaisuoiestremiconfiniosservabili.

Ilcompitochehatenutooccupatigliastronomiegliastrofisicineglianniaseguire(echeliimpegnaancoraoggi)èstatoquelloditentaredi"mettereordine"all'internodelmondodellegalassie.Ciòcomportaladefinizionedivaricriteridiclassificazione,chepossanoconsentiredimettereinevidenzaleprincipaliproprietàdellegalassie,epossibilmentediclassificarleinbaseapreciseproprietàfisiche.Dall'epocadellascopertadiHubblesonostatipropostimolti(evalidi)criteridiclassificazione,basatisullamisuradiproprietàdinamiche,fotometriche,estrutturalidellegalassie.Unodeipiùfamosi(ancheperlasuasemplicità)èrimastosenzadubbioquellodiHubble.Sitrattadiuncriteriotipicamente"morfologico,cioèbasatoessenzialmentesull'aspettodellegalassie.Laclassificazionedellegalassieeffettuatasecondoquestocriterioportailnomedi"classificazionediHubble".

LeggereilCielo


Comesonolegalassie


LegalassieEarlyType

LegalassieLateType


Letture


Primadipassareadunabreve(maragionevolmentecompletanellesuelineeessenziali)descrizionedellaclassificazionediHubble,ricordiamoalcunifattiessenzialirelativiallegalassiecomeclassedioggettiastronomici.

Ilnumerodistellecheusualmentecompongonounagalassiavadacirca108(qualchecentinaiodimilioni)finoapiùdi1011(qualchecentinaiodimiliardi).Poichérisultamoltodifficiledeterminareosservativamenteledimensionidellegalassie,sfumandoleloroimmaginifinoaconfondersiconlospaziocircostante,senzatagli"netti",lelorodimensionicaratteristichesonousualmentedefiniteconsiderandounacirconferenza(conoriginenelcentrodellagalassiainquestione)checontengametàdellasualucetotale:ilraggioditalecirconferenzaèdell'ordinedialcunikiloparsec(ricordiamoche1kiloparsec,abbreviatokpc,equivalea103parsec,e1pc=3.08·1018cm).Levelocitàcaratteristichedellestelleall'internodellegalassiesipossonomisurarecontecnicheopportuneesonodell'ordinediqualchedecinadichilometrialsecondonellegalassiepiùpiccole,potendoraggiungerequalchecentinaiodichilometrialsecondoinquellepiùgrandi.

Unasorprendenteconstatazionechevienespontaneaachiunquesiavviciniperlaprimavoltaalmondodellegalassieèilfattoche,nonostantel'elevatissimonumerodiquestioggettichepossiamoosservarenell'Universoattualmenteaccessibileattraversoipiùgranditelescopi,lastragrandemaggioranzadiessipossaessereraggruppatainpochitipicomuni.QuestorisultatoèallabasedelsuccessodellaclassificazionediHubble.Ovviamentenoncièquipossibilescendereneidettaglitecnicidicometaleclassificazionevengainpraticarealizzata,èsufficientericordarechelegalassiepossonoesseredivisetraduetipifondamentali,cioègalassieearlytypeegalassielatetype.AlorovoltalegalassieearlytypevengonosuddiviseingalassieEllitticheedS0,mentrelegalassielatetypeingalassieSpiraliedIrregolari.Imotiinternidellestellechecompongonolegalassiepossonoesseremolto"complicati"(comenelcasodellegalassieEllittiche,S0edIrregolari)orelativamente"semplici"(comenelcasodellegalassieSpirali).Infatti,nelcasodellestellechesitrovanoneidischigalattici,imotisonoabbastanzabendescrittidaorbitequasicircolari;alcontrario,imotidellestellenellegalassieEllittichesononotevolmentecomplessiedunadescrizionesemplificatacelipuòfarvisualizzarecomeuna"nuvola"distellechesimuovonointutteledirezioni,alcunepiùvelocementeedaltrepiùlentamente.Potermisurarelevelocitàstellariall'internodellegalassie(cosaresapossibiledaglispettroscopi)èestremamenteimportante,inquantoutilizzando(adesempio)ilcosiddettoTeoremadelVirialeèpossibilemisurarelamassadellegalassieconoscendolelorodimensionielevelocitàcaratteristichedellestelleallorointerno.Quandoquestopuòesserefatto,siscoprecheinmolticasilamassavisibile(stelleegas)èsoltantounafrazionedellamassatotaledelsistemainquestione.La

massachecideveessere(perprodurrelevelocitàosservate)machenonemetteondeelettromagnetiche(equindichenonèvisibile)vienechiamatamateriaoscura.Lequantitàdimateriaoscurapresentinellegalassiepossonoesseresuperioridivarievolteallamateriachegliastronomiriesconoavedereconilorotelescopi.

Primadiconcluderequestabreverassegnadellepiùimportantiproprietàdellegalassie,ricordiamocheintornoallegalassiesitrovaunconsistentenumerodiammassiglobulari(finoaqualchemigliaioperlegalassiepiùgrandi!),sistemistellaridiformasfericaemoltocompatti,contenentidaqualchecentinaiodimigliaiafinoavarimilionidistellecoeve,dietàmoltoavanzata.

LeggereilCielo


Comesonolegalassie


LegalassieEarlyType

LegalassieLateType


Letture

LegalassieEarlyType

Lacaratteristicacomunedellegalassieearlytypeèquelladipresentareuncolorerossastro,generalmenteinterpretatocomesinonimodi"vecchiaia"perlapopolazionestellarechecomponequestegalassie.Inoltre,inquestisistemistellarilaquantitàdigasfreddoepolveriètrascurabileodeltuttoassente.Daunpuntodivistamorfologicolegalassieearlytypenonpresentanoparticolarievidentinellalorodistribuzionediluce.Comeabbiamogiàdetto,legalassieappartenentiaquestaclassesidividononelleduegrandifamigliedelleEllitticheedelleS0.Labrillanzasuperficialediquestisistemi(unamisuradellaluminositàdelleloroimmaginipuntoperpunto,comevisteadesempioaltelescopio)decresceingeneresenzadiscontinuitàapprezzabiliallontanandosidalcentrodellagalassia,sfumandoaldisottodellasogliadirivelabilitàeconfondendosiconlospaziocircumgalattico(Figura1).Lecurvediugualeluminosità(isofote)dellegalassieEllittichehannounacaratteristicaformaellittica(dacuiilnomedellafamiglia),conrapportiassialicompresitra0(galassieE0)e3(galassieE7).

Figura1.Lafiguramostrauncampodigalassielontane,osservatodalTelescopioSpaziale"Hubble"il4marzo1994.LagalassiapiùgrandeinaltoasinistraèlagalassiaellitticaNGC4881,nell'ammassodigalassiediComa.Sipossononotareanchemoltegalassiedidimensioneminore,alcunedellequalisonoSpirali.

IngeneraleunaparticolaregalassiaellitticavieneindicatacolsimboloEn,doven=10(1-b/a),ebedasonorispettivamentel'asseminoreemaggioreisofotale.Quindi,unagalassiaE0presentadelleisofoteperfettamentecircolari.AdifferenzadellegalassieEllittiche,legalassieS0sonocaratterizzatedallapresenzadiungrossodiscostellare,conunrigonfiamentocentralechevienechiamato

bulge,chelefaassomigliare(quandovisteditaglio)adellegiganteschelentidaingrandimento;ilbulgeasuavoltaèmoltosimileadunagalassiaellittica"inminiatura".Finiamoquestabrevedescrizionericordandocheconl'avventodeiprimisatellitiartificialisensibiliairaggiXsièscopertochelegalassieearlytypepossonocontenereanchesignificativequantitàdigascaldo(contemperatureintornoalmilionedigradi),diffusoattornoadesseinun'ampiacoronadibassadensità.

LeggereilCielo


Comesonolegalassie


LegalassieEarlyType

LegalassieLateType


Letture

LegalassieLateType

Adifferenzadellegalassieearlytype,legalassielatetypehannouncoloretendentealblu,usualmenteinterpretatocomesintomodiunapopolazionestellarepiùgiovanediquelladellegalassieEllitticheedS0.Inoltre,lamorfologiadellegalassielatetypeèmoltopiùcomplicatadiquelladellegalassieearlytype,poichéquestisistemicontengonoancheunasostanzialequantitàdigasfreddoepolveriinterstellari.Cominciamocoldescriverelacategoriadigranlungapiùrappresentativadell'insiemedellegalassielatetype,ossiaquelladelleSpirali(ricordiamoquiperincisocheancheilnostroSistemasolareèsituatoneldiscodiunagalassiaaspirale,laViaLattea).CosìcomeperleS0,anchelaformadiquestisistemièadiscoequandovistiditaglioassomiglianoanch'essiadenormilentidaingrandimento,conunrigonfiamentopiùomenoaccentuatonellelororegionicentrali.Talerigonfiamento(ilbulge)ècompostodistelledalcolorerossastro,analogoalbulgedellegalassieS0.

Figura2.LagalassiaSpiraleM100,comeosservatadalTelescopioSpaziale"Hubble"prima(asinistra)edopo(adestra)lariparazioneinorbita.M100èunadellegalassiepiùgrandidell'ammassodigalassiedellaVergine,elasuastrutturaèmoltosimileaquelladellanostraViaLattea.Laregionepiùfittamentepopolatadistellenellaregionecentraleèilbulge.

Figura3.LagalassiaSpiraleM51,comeosservatadalTelescopioSpaziale“Hubble”.Lafrecciaindicalaposizionedellasupernova1994I.Unasupernovaèuna

violentissimaesplosionestellarechedistruggeunastellaecheespelleiprodottidellereazioninuclearistellarinelgasinterstellare.GlielementidicuièformatalaTerra(eancheilnostrocorpo!),hannoavutoorigineinun'esplosionesimileavvenutanellanostraViaLatteamiliardidiannifa.

Inbaseallagrandezzarelativadelbulgerispettoaldiscogalattico(inordinediimportanzadecrescente),legalassieaSpiralevengonoindicatecomeSa,Sb,edSc.AdifferenzadelleS0però,doveingenerenonèriscontrabiletracciadigasfreddinéstrutturecherisaltinoinmanieraevidente,suidischidelleSpirali,quandovistidifronte,sinotaimmediatamenteunachiarastrutturaaspirale(daquiilloronome),unadellestrutturepiùbelleemaestosechesiadatoosservarenelcielo(Figura2eFigura3).Ildiscodellegalassieaspiraleèinrealtàcostituitodavariecomponentidigasedistelle.Perquantoriguardalapartestellare,sihaundiscosottileedunacomponentedialone,conlestelledialoneconsiderevolmentepiùvecchiedellestelledeldisco.Ancheilgasèdistribuitoinundiscosottileedundiscospesso.Èinoltreimportantericordarechelastrutturadeibraccidispirale(lungoiqualièpresenteformazionestellareequindiunapopolazionestellareblu)risulta(inmedia)fortementecorrelataalladimensione(relativa)delbulge,percuiingeneregalassieSahannounbulgegrande,pocogas,bracciamoltoavvolteegeneralmentebendefinite,mentregalassieditipoScavoltenonpresentanoquasitracciadelbulge,hannobraccimoltoaperti,edunanotevolefrazionedellamateriaèinfasedigas.Esistonopoitreclassi"parallele"digalassieaspirale,lecosiddetteSpiraliBarrate.Inquestisistemiilbulgeèsostituitodaunastrutturamarcatamenteasimmetricarispettoallorocentrodellagalassia,aformadibarra(Figura4).Diconseguenza,siparladigalassieSBa,SBb,SBc,edancheSB0,ovverogalassieS0(vedisopra)barrate.

Figura4.LagalassiaSpiralebarrataNGC1365osservatadalTelescopioSpaziale"Hubble"il9maggio1996.Lagalassiaappartieneall’ammassodigalassiedellaFornace.SiconfrontiquestaimmagineconquelladelleduegalassieaSpirale(nonbarrate)mostrateinFigura2e3:labarradistellenellaregionecentraleèperfettamentevisibile.

AlcontrariodelleSpirali,chepossonoessereanchesistemidimassaedimensionienormi,legalassieIrregolarisonoingeneregalassiedipiccolamassa,senzaunastrutturabendefinita,moltoricchedigaseconunapopolazionestellarerelativamentegiovane:illorocoloreèquindifortementeblu.

LeggereilCielo


Comesonolegalassie


LegalassieEarlyType

LegalassieLateType


Letture


LeregolaritàriscontratenelleclassificazionediHubble,elastrettarelazionefralevarieproprietàstrutturaliedinamicheall'internodeivaritipimorfologici(quantitàdigasepolveri,dimensionerelativadelbulgeedeldisco,importanzaegradodiavvolgimentodeibracciperlespirali,luminositàtotaleevelocitàmediedellestelleall'internodellegalassieEllitticheeSpirali),ciportaaritenerechetaliregolaritàpossanofornireprezioseindicazionisullapossibileformazionedellegalassie.

Unadelledomandepiùpressantiaquestoriguardo,sullaqualelavoranoattivamentericercatoridituttoilmondo,èlaseguente:legalassieearlytypeelatetype"nascono"cometipidiversi,oppurenell'Universosiformasoltantountipodigalassieel'altraclassesioriginaper"evoluzione"diquestaprimagenerazione?Purtroppounarispostadefinitivaall'interrogativosopraformulato,nonostantel'immensamolediconoscenzesiateorichecheosservative,èattualmentemancante.Accenniamoquisoltantobrevementeaiduescenari.Nelprimocaso(quellocioèincuilegalassieearlytypeelatetypesiformanoperprocessifisicifralorodiversi),siritienecheinentrambiicasilaformazionesiastatadeterminatadaunlentoraffreddamentodiimmensenubidigasprimordiale,lequaliperprogressivoraffreddamentoeconseguentecontrazioneeframmentazionesitrasformanonellegalassiecomeoggilevediamo.InquestoscenariolegalassieEllittichesisarebberoformateaseguitodiunrapidissimo(rispettoaitempicosmologici!)processodiframmentazione,processopiùrapidodelsuccessivocollasso.Alcontrario,legalassiechepresentanodischi(comeleSpirali)nascerebberoaseguitodiprocessidiframmentazionemoltopiùlenti,neiqualiprimalanubedigascollasserebbeinundisco,esolosuccessivamentesiformerebbelamaggioranzadellestelle.Nelsecondoscenario,poichérisultapervarimotivi(chenonpossiamoquidiscutere)impossibilesostenerechelegalassielatetypesiforminoperevoluzionedellegalassieearlytype,sisupponechenell'Universoprimordialesiforminosoltantogalassielatetype(essenzialmenteSpirali),lequalipoi"fondendosi"aseguitodiinterazionigravitazionalidarebberoorigineallegalassielatetype(essenzialmenteEllittiche).

Inutiledirecheentrambigliscenaridiformazionehannoiloropregiedifetti,puntidiforzaedebolezze,siaosservativicheteorici.Forse,comegiàsuccessonel1924perladisputasullanaturadellegalassie,sarànecessarioattenderelacostruzione(giàincorsopressovariistitutidiricercainternazionali)distrumentiancorapiùpotentidiquelliattualmentedisponibili,checipossanopermetterediosservare"indiretta"laformazionedellegalassie.Èragionevoleritenerecheneiprossimidieciannitaledomandaabbiarisposta.

LeggereilCielo


Comesonolegalassie


LegalassieEarlyType

LegalassieLateType


Letture

Letture

M.Begelman,M.Rees,L'attrazionefataledellagravità.Ibuchineridell’Universo,Zanichelli,Bologna,1997;

*A.Braccesi,Esplorandol'universo,Zanichelli,Bologna,1998;

G.Cecchini,InvitoalFirmamento,UTET,Torino;

J.Lacroux,DallaTerraalleStelle,Zanichelli,Bologna,1989;

M.S.Longair,OurevolvingUniverse,CambridgeUniversityPress,Cambridge,1996;

*J.V.Narlikar,Lastrutturadell'Universo,Einaudi,Torino,1984;

*M.RowanRobinson,Thecosmologicaldistanceladder,W.H.FreemanandCompany,NewYork,1985;

M.RowanRobinson,L'Universo,Zanichelli,Bologna,1992;

C.C.Petersen,J.C.Brandt,HubbleVision.AstronomywiththeHubbleSpaceTelescope,CambridgeUniversityPress,Cambridge1995;

*A.Unsold,.IlNuovoCosmo,Piccin,Padova,1969;

XuanThuanTrinh,BigBang.Origineedestinodell'Universo.ElectaGallimard,Torino,1993.

SiconsigliapoilaletturadelperiodicoL'Astronomiae,inparticolare,deiseguentinumeri,dovesonopubblicatiarticolipertinentiall'argomentotrattato:N.182dicembre1997;N.188giugno1998;N.189luglio1998;inoltresivedaNuovoOrioneN.82marzo1999.


LeggereilCielo

GliindicatorididistanzaGisellaClementini

Introduzione

Spazioetempoinastronomia

Cennistorici:leprimemisureinastronomia

Leunitàdimisura:ilchilometrononbastapiù

Alcuniconcettidibase:lamagnitudineapparenteedassoluta,ilmodulodidistanza

Ledistanzeall'internodellanostraGalassia

OltreiconfinidellaGalassia:gliindicatorididistanza

Gliindicatoriprimari:da500a3·107pc

Gliindicatorisecondarieterziari:da2·105a109pcedoltre

Leincertezzedellascaladelledistanzeastronomiche

...Hoserieragionipercrederecheilpianetadadovevenivailpiccoloprincipeèl'asteroideB612.Questoasteroideèstatovistounasolavoltaaltelescopiodaunastronomoturco.AvevafattoalloraunagrandedimostrazionedellasuascopertaadunCongressoInternazionaled'Astronomia.Maincostumecom'era,nessunoloavevapresosulserio.......L'astronomorifecelasuadimostrazionenel1920,conunabitomoltoelegante.Equestavoltatuttoilmondofuconlui.Sevihoraccontatotantiparticolarisull'asteroideB612esivihorivelatoilsuonumero,èproprioperchéigrandiamanolecifre.Quandovoigliparlatediunnuovoamico,maisiinteressanoallecoseessenziali.Nonsidomandanomai:"Qualèiltonodellasuavoce?Qualisonoisuoigiochipreferiti?Facollezionedifarfalle?"Mavidomandano:"Cheetàha?Quantifratelli?Quantopesa?Quantoguadagnasuopadre?"Allorasoltantocredonodiconoscerlo.Sevoiditeaigrandi:"Hovistounabellacasainmattonirosa,condeigeraniallefinestre,edeicolombisultetto",lorononarrivanoaimmaginarsela.Bisognadire:"Hovistounacasadicentomilalire",ealloraesclamano:"Comeèbella".Da:AntoineDeSaint-ExuperyIlPiccoloPrincipe.

Introduzione

Achedistanzasitrovanoicorpicelestichecicircondano?quantosonolontanedanoilestelleelegalassiecheriempionoilnostrocielo?quantoègrandel'Universo?

ComediceilPiccoloPrincipe,per"conoscere"gliadultihannobisognodisapere"quanto",eperarrivaread"immaginare"hannobisognodiriuscireastabiliredegliagganci,deiparagoniconlegrandezzeeledimensionipresentinellavitadituttiigiorni.Ladomanda"quantoèdistante?"richiamasubitol'altra"quantotempocivuoleperandarci?".Quantotempocivuoleperraggiungerelestelleanoipiùvicineelepiùlontane?TratteremoalcunidiquestiargomentievedremocomemanmanocheciallontaniamodalnostropiccoloSistemasolaregliorizzontisiapranoel'Universosiingrandiscafinoaibordidellanostraattualeconoscenza.

LeggereilCielo


Home

Introduzione











L'orizzonteintellettualedellarazzaumanainogniepocaèstatoinestricabilmentelegatoallasuapercezionedelledimensionidell'Universo.Quandoguardiamoallastoriadelleideesulledimensionidell'Universo,troviamocheilconcettomodernodiunUniversoinfinitoattraversocuisimuovonoinnumerevolistelleepianetinonèpernullamoderno,maeragiàfermamentepossedutodagliatomistigreci,edèpresenteinalcunedellepiùantichescuolecosmologichecinesi.Lapercezionedeiconcettidi"spazio"e"tempo"delmondooccidentaleèampiamentemutuatadalmododipensaredeiGreci.Lageometriaeuclideaètalmenteradicatanelnostromododipensarechedivienedifficilissimoanchesemplicementeafferrareilconcettodellacurvaturaspaziotempo.PerquantoriguardaleideecheiGreciavevanoinvecesullanaturadeltempotroviamodellecontroversiechepersistonoancoranelsecolopresente.PerDemocritoiltempoè"meraapparenza",un"incidentedegliincidenti"perEpicuro,èla"noncoscienzadisé"perLucrezio.IlproblemaseiltempoesistesseprimadelmondocausònonpochigrattacapiaiteologimedioevaliesoloSant'Agostinorisolsebrillantementelaquestioneconl'affermazionecheilmondononfucreato"nel"tempo,ma"con"iltempo:"l'Universoediltempoebberouniniziocomuneeunononanticipòl'altro".

Tuttoranonvièrispostapiùconvincentealladomanda"Cosac'eraprimadelbig-bang?".Unelementofondamentalenelbinomio"quantolontano-quantotempooccorreperandarci"èlavelocitàconcuicimuoviamoperpercorrereledistanze.Inbaseallenostreattualiconoscenzefisicheilmodopiùvelocecheabbiamopermuovercinell'esplorazionedell'immensocosmochecicircondaèquellodiviaggiareallavelocitàdellaluce,malavelocitàdellalucecnonèillimitata(c=299792458.6±0.3m/s),nonsonoquindipossibilispostamentie/otrasmissionidiinformazioniistantanee.La"limitatezza"dellavelocitàdispostamentopossibilefasìcheancheviaggiandoallavelocitàdellaluceoccorrauntempofinitoperpercorrerelospaziointornoanoieche,viceversa,anchelaluceinviataversodinoidaicorpicelesticiarriviconuncertoritardodovutoalfattocheessaimpiegauntempofinitoperraggiungerci.Adesempio,lalucedellastellaanoipiùvicina,ilSole,impiegacirca8minutiperraggiungerciognimattina.Un'altraconseguenzaèchepotremmovederbrillareancoraincielooggettiinrealtàormaispentidatempo,macosìlontanidanoicheilmessaggiodellaloromortenoncihaancoraraggiunto.InAstronomiaandareadistanzeviaviapiùgrandiequivaleaguardarel'Universoadetàviaviasemprepiùgiovani,perchépossiamovedereglioggettilontanisolo"comesono"nellorostatodimiliardidiannifa,quandolalucechecistannoinviandoiniziòilsuoviaggioversodinoi.

LeggereilCielo


Introduzione











Riuscireamisurareladistanzadeicorpicelestiedioggettiviaviapiùlontanihacostituitoecostituiscetuttoraunodeiprimiepiùaffascinantiproblemiastronomici.IGrecifuronoiprimiacimentarsinellamisuradelledistanzeastronomiche.PerquantosappiamoiprimitentatividimisuradelSistemasolarerisalgonoinfattiadAristarcodiSamo,vissutonelIIIsecoloa.C.econtemporaneodiEratostene(ilprimoadavertentatolamisuradelraggioterrestre).AristarcoutilizzòilfenomenodelleeclissidiLunapervalutareladistanzaTerra-LunaesuccessivamentetentòdimisurareladistanzaTerra-Soleapartiredallastimadell'angoloformatodalledirezioniSole-LunaeSole-TerraquandolaLunaèinquadratura.IlmetododiAristarcofuripresoemiglioratodaIpparconelIIsec.a.C.esuccessivamentedaTolomeo,maoccorreràattendereilXVIIsecolo,l'introduzionedelprocedimentotrigonometricoedelconcettodi"parallasse"peraverelaprima"buona"stimadelladistanzaTerra-Sole.

LeggereilCielo


Introduzione











Quandosientranelmondodelle"distanzeastronomiche"gliaggancieparagoniconlavitadiognigiornodivengonodifficili,l'Universocheconosciamoètroppograndeperpoterlomisurareinchilometri.Ilchilometropuòessereancoraunabuonaunitàdimisurafintantocherestiamonell'ambitodelladistanzaTerra-Luna(distanzamedia384.400km),magiàcominciaadesserepocopraticoquandosiparladidistanzaTerra-Sole(distanzamedia149.597.870km).Ilpassaggioallegrandezzeastronomicherichiedel'introduzionedinuoveunitàdimisura,l'unitàastronomica(U.A.),l'annoluce(a.l.),ilparsec(pc).

LadistanzamediaTerra-Soleèdivenutalaprimanuovanaturaleunitàdimisuraadottataperledistanzeastronomiche:"l'unitàastronomica"(U.A.).Unaunitàastronomicaèugualea149.600.000km.L'unitàastronomicaèabbastanzapraticafintantochesirimanenell'ambitodelSistemasolare,maappenasiescedaessoledimensioniaumentanocosìrapidamentechesivedesubitolanecessitàdiintrodurreunitàpiùgrandi.DopoilSole,lastellaanoipiùvicina, Centauri,sitrovaadunadistanzadicirca40.000miliardidichilometri,ovverocirca254.000U.A.ChilometriedunitàastronomichedivengonounitàscomodegiàalprimopassofuoridalSistemasolare.LaluceinviatacidaCentauriimpiegapocopiùdi4anniperraggiungerci.Eccounnumero"relativamente"piccolo,eunaunitàdimisura"relativamente"grande:"l'annoluce",ovveroladistanzapercorsadallaluceinunannoviaggiandoallavelocitàdi300.000chilometrialsecondo.Dunque Centaurisitrovaadunadistanzadi4.2anniluce.QuestaenormedistanzachepurètralepiùpiccoledelnostroUniverso,acquistaunafamiliaritàtuttaspecialealpensierochelalucediCentaurichestiamovedendoinquestomomentohainiziatoilsuoviaggioversodinoimentrenascevanostrofigliodi4anni.

Finchésirimanerelativamentevicini,immaginareèrelativamentefacile.Viaggiandoallavelocitàdellalucein11oresiamofuoridalSistemasolare.Potremmopartiredallanascitadelnostroprimofiglio,edandareindietroalmatrimonio,lalaurea,lamaturitàsuperiore,edancoraindietroalprimogiornodiscuolaealgiornodellanostranascitaconl'equivalentedeltemponecessarioadandaredaCentaurifinoadalcunedellestellepiùbrillantivisibiliad

occhionudo(Arturo=37a.l.,Capella=44a.l.).AvremmoquindimossosoloqualchepassooltreilnostroSistemasolare.NeiduemilaanniintercorsidallanascitadiCristoavremmopercorsomenodi1/10delladistanzatranoiedilcentrodellanostraGalassia.Infattiimpiegheremmo25.000anni(~25.000a.l.=7.000-8.000pc)perraggiungerlo,mentreperattraversarelaGalassiadaunestremoall'altrocivorrebbero100.000anni(100.000a.l.=31.000pc),piùomenoiltempointercorsotranoielacomparsasullaterradelprimohomosapiens,l'uomodiNeanderthal.Diquiinpoiledistanzeaumentanosmisuratamente,ecièrichiestoungrandesforzodiastrazioneperriuscireadimmaginarle.

Andromeda(M31),lagalassiaspiraleanoipiùvicinaedappenavisibileadocchionudoinunalimpidanotteautunnale,distapiùdi2.000.000dianniluce.IpoteticiosservatorichepotesseroosservarelaTerradaunqualunquepianetaintornoadunastelladiAndromedavedrebberol'uomocomeunascimmiaappenaingradodimuovereiprimipassisuduesolezampe,l'homoerectus,l'aspettochel'uomoaveva2000000milionidiannifa.LanostraGalassia,conM31,M33ecirca30altregalassiedidimensioniminoritracuispiccanoleNubidiMagellano,"nuvolette"chiaramentevisibiliadocchionudodall'emisferoSud,formanoilcosiddetto"GruppoLocale".UscitidalGruppoLocaledovremmoviaggiareallavelocitàdellaluceper6-10milionidianniprimaditrovareisuccessiviinsiemidigalassie:igruppidiSculptorediM81.

Civorrebbero15-20milionidiannipergiungerealgruppodigalassiechecontienelaspiralegiganteM101,e40milionidiannisarebberoappenasufficientiperraggiungerelaperiferiadell'ammassodigalassiedellaVergine,unagglomeratodimigliaiadigalassie.Infinegliammassidigalassiepiùlontanidicuisiamoingradodistimareladistanzasitrovanoadoltre300milionidianniluce.L'orizzontedell'Universoattualmenteconosciutosiperdeindietroacirca13miliardidianniluce.

Gliastronomihannointrodottounaulterioreunitàdimisura,il"parsec".Ladefinizionedelparsecèlegataalconcettodiparallassetrigonometricaeverràdiscussanelprossimoparagrafo.Ilparsecèl'unitàdimisuracomunementeusatadagliastronomiperdistanzesuperioriaquelletipichedelSistemasolare.

Unitàastronomica,annoluceeparsecsonolegatetradiloroedalkmdalleseguentirelazioni

1U.A.=149.600.000km

1a.l.=63.240,6U.A.=9.460.800.000.000km

1parsec=3,26a.l.=206.265U.A.=30.860.000.000.000km

LeggereilCielo


Introduzione











Quandosiosservaunoggettocelesteoccorretenerepresentechelaluminositàchegiungeall'osservatoredipendesiadallaquantitàdienergiaeffettivamenteemessadall'oggetto,chedalladistanzacuil'oggettositrovarispettoall'osservatore.Infatti,aparitàdienergiaemessa,unoggettoappariràtantopiùbrillantequantopiùèvicinoall'osservatore.Inparticolare,ilflusso"S"dienergiaricevutadaunosservatoreadistanza"d"saràproporzionaleall'inversodelquadratodelladistanza:

S 1/d2

Gliastronomidescrivonolaluminositàstellareosservatainterminidimagnitudineapparente"m".Perconfrontarecorrettamenteleluminositàdeglioggetticelestioccorreeliminarel'effettoprodottosullaluminositàosservatadalladistanzasorgente-osservatore,dobbiamocioètrasportareidealmentetuttiglioggettiallastessadistanzadanoi.Gliastronomioperanoquesto"spostamentoideale"introducendoilconcettodi"magnitudineassoluta".Lamagnitudineassoluta"M"èlamagnitudineapparentecheunastellaavrebbesesitrovassealladistanzadi10parsec(cioè32.6a.l.).Ilconfrontodellemagnitudiniassolutedioggettidiversicidiceimmediatamentequaleoggettoemettapiùenergia.AdesempioilSoleciapparepiùbrillantediCapella,maseessefosseroentrambepostealladistanzadi10pc,vedremmoancoraCapellacomeunadellestellepiùbrillantiincielo,mentreilSolesarebbeunastellaappenavisibileadocchionudo.Ladifferenzam-Mtramagnitudineapparenteemagnitudineassolutadiunastellaèchiamatomodulodidistanzadellastella.Ilmodulodistanzaèlegatoalladistanzadellastelladallarelazione:

m-M=-5+5logd(pc)

dovedèladistanzadell'oggettoespressainparsec.

LeggereilCielo


Introduzione











a)Lamisuradiretta:laparallassetrigonometrica,da0a100pcInastronomiailmodopiùdirettopermisurareladistanzadiunoggettocelesteèattraversola"parallassetrigonometrica":lospostamentoangolarerispettoadunosfondolontanosubitodaunoggettochevengaosservatodaidueestremidiunalineadibase.Lalineadibaseusatapermisurareleparallassiastronomicheèilraggiodell'orbitaterrestreintornoalSole.ManmanochelaTerrapercorrelasuaorbitaintornoalSoleledirezioniapparentidellestelleincielocambianoelestellepiùvicinesembranodescrivererispettoallosfondodellestellepiùlontanedellepiccoleorbiteellittiche(odeicerchi,perstellealpolodell'eclittica,edeisegmenti,perstellesulpianodell'eclittica),didimensioniviaviapiùpiccolemanmanochesiconsideranooggettiviaviapiùlontani.Laparallasseastronomicadiunastella," ",èilsemiassemaggioredell'ellissidescrittadallastellaevienemisuratainsecondid'arco(arcsec;vediFig.1).

Figura1.Geometriadellaparallassetrigonometrica.

Ilparsecèladistanzaacuisitroverebbeunastellacheavesseunaparallassediunsecondod'arco.Ladistanzaespressainparsecdiunastellaconunaparallasseosservata" "èdatada

d(pc)=1/p

Inrealtà,datalalorograndedistanzaanchelestellepiùvicinehannoparallassimoltopiccoleesempreminoridi1".LastellaconparallassemaggioreèCentaurichehaunaparallassedi0.76",laparallassesimisuraquindipiùconvenientementeinmilli-secondid'arco(mas):10-3arcsec.Lapossibilitàdimisurareleparallassistellaridiminuiscerapidamentemanmanochesivaadoggettipiùlontani,inoltreleparallassitrigonometrichemisuratedaterrasonospessostateaffettedanotevolierroridifficilidaeliminareenonsemprerealmentestimabili.Questointerocampodell'Astronomiaèstatorivoluzionatodirecentedalsatelliteastrometrico"Hipparcos",lanciatodell'AgenziaSpazialeEuropeanel1989,ilqualehaeffettuatomisureastrometricheconl'accuratezzadel"milli-arcsec",unaprecisionemairaggiuntaprima.L'errorenelleparallassimisuratedaHipparcosaumentaperòrapidamenteperdistanzesuperioriai~100pc.Questaè,inmedia,lamassimadistanzapercuiilsatelliteèriuscitoamisurareleparallassiconunaaccuratezzadel10%(laprecisionecorrispondenteastimareladistanzatraBolognaeRimini,circa100km,conunerroredi10km).Oltrelestellesingoleentrounraggiodi100pctroviamoanchealcunidegliammassiapertipiùvicini,inparticolareleIadi(d~46pc).Gliammassiapertisonoagglomeratidebolmenteconcentratidi100-10000stelleprevalentementedispostisuldiscodella

Galassiacondistanzecheinmediavannodai40ai7000pc.

Lamisuradirettadelledisanzetramiteilmetododellaparallassetrigonometricahatuttorauna"applicabilitàlocale",tuttaviaessocostituisceilprimoepiùsicurometodoperdeterminareladistanzadeglioggettiastronomicivicinieilpuntofermocuiancorarsipercalibrareimetodiegliindicatorididistanzacuisideveinevitabilmentericorrerepermisurareladistanzadioggettipiùlontani.

b)Imotipropri:laparallassestatistica(0-500pc)TuttelestellenellaGalassia(econesseilSole)sonoinmovimento,esseruotanointornoalcentrogalatticoeacausadellamutuaattrazionegravitazionaleesercitatadallestellevicineposseggonounulterioremotocasuale.Pereffettodiquestiduemotiunosservatorevedràchelestellenonrimangonoinunaposizionefissaincielo,masispostanorispettoallosfondodellestellepiùlontane.Questospostamentoprendeilnomedi"motoproprio".IlmotopropriodelSolepuòessereusatoperricavareladistanzadellestellepercuiilraggiodell'orbitaterrestreètroppopiccolocomelineadibasepermisurarelaparallassetrigonometrica(inunannoilSolepercorrenelsuomotointornoalcentrodellaGalassiaunadistanzapariaquattrovolteilraggiodell'orbitaterrestre).Leparallassichesibasanosulmotopropriosolareprendonoilnomedi"parallassisecolari".Poichéperònonèfacilesepararelacomponentedimotopropriodovutaesclusivamentealmotosolare,dallacomponentepeculiaredovutaalmotodiognisingolastella,ilmetodononvieneapplicatoastellesingole,bensìvieneutilizzatoperricavarela"distanzamedia"di"gruppidistelle"dinamicamenteomogenee,nell'ipotesichemediandoimotipropridiuninsiemedistellelacomponentecasualesiannulli.Leparallassimisurateinquestomodoprendonoilnomedi"parallassistatistiche".Ilmetododellaparallassestatisticaconsentediricavareladistanzamediadi"gruppi"distellefinoadistanzedell'ordinedei500pc.

L'impattoscientificodeirisultatidiHipparcosnelcampodellamisuradelledistanzeastronomicheèstatospettacolare,tuttavialestellemisuratedaHipparcossonotutte"relativamentebrillanti",ovvero"relativamentevicine".Unnuovoorizzontenellepossibilitàdiotteneremisuredirettedidistanzaattraversoilmetododellaparallassesiapriràconlamessainorbitadapartedell'ESAdelsatelliteastrometricoGAIA(GlobalAstrometricInterferometerforAstrophysics)ilcuilancioèprevistoperil2009.GAIAconsentiràdimisurarelaparallasseconunaaccuratezzadell'ordinedelmicro-arcosecondo(10-6arcsec),dellestellenegliammassiglobularidellanostraGalassia.Gliammassiglobularisonoagglomeratidi105-106stellelegategravitazionalmentechepopolanoprevalentementel'alonedellegalassieechenellanostraGalassiasonodispostiinsimmetriasfericaintornoalcentrogalatticoadistanzechevarianodai3000ai35000pcedoltre.

Ilfuturononmoltolontanociriservaquindiinimmaginabiliprogressinellanostracapacitàdimisurareledistanzeastronomiche.Tuttavia,almomento,comevengonostimateledistanzedegliammassiapertioltreleIadiedegliammassiglobulari?cioè,comesiriesceaspingersiamisurarefinoaibordidellanostraGalassia?

c)Ilfitdellasequenzaprincipale:ladistanzadegliammassiaperti(da40a7000pc)eglobulari(da3000a10000pc)Lasequenzaprincipaleèlaregionedeldiagrammacolore-magnitudine(diagrammadiHertzsprung-Russell-HR)dovevengonoadaddensarsilestelleincuilaproduzionedienergiaall'internodelnucleostellarecentrale(core)avvieneattraversolacombustionedell'idrogenoinelio.Peragglomeratidistelledistessacomposizionechimicaedetà,epostetutteallastessadistanzadanoi,qualilestellediunammassoapertooglobulare,lasequenzaprincipaleèunalineasottile,moltobendefinitachetagliaobliquamenteildiagrammaHR.

Confrontandolasequenzaprincipalediunammassoadistanzanota(adesempioleIadi)neldiagramma"magnitudineassoluta-colore",conlasequenzaprincipaleneldiagramma"magnitudineapparente-colore"diunammassodicuinonsiconosceladistanza,sipuòrisalirealladistanzadiquest'ultimo.DiquantodobbiamospostarenelladirezioneverticaleilsecondodiagrammaperportareacoincidereesattamenteleduesequenzeprincipalièlaquantitàM-m,ovveroilmodulodidistanzadell'ammassoapertoadistanzaincognita.Nelcasodegliammassiglobulariilprocedimentoèpiùcomplicatoperché,nonesistendoammassiglobularidicuisisiapotutamisuraredirettamenteladistanza,quindilasequenzaprincipaleadistanzanota,dausarecomeriferimento,nonpuòesserequelladiunammassoparticolare,mavacercatatrasequenzesucuivannoadaddensarsistelle"dicampo"piùsimiliallestelledegliammassiglobulari.Siccomelestelledisequenzaprincipalenegliammassiglobularisonostelledipiccolamassa,ebassametallicitànellafasedicombustionediidrogenonelnucleocentrale,lestelledausarecomeriferimentosonolesubnanedicampodibassocontenutometallicodicuièstatamisuratalaparallassetrigonometrica.

d)Leparallassispettroscopicheefotometriche:oltre10.000pcConilfitdellasequenzaprincipaledegliammassiglobularipossiamogiungereadistanzedicirca10.000pc,tuttoquestoèperòancorapocorispettoalledimensionidellanostraGalassia(diametro30.000pc).Lapossibilitàdispingersioltreèlegataallaabilitàdiidentificaretipiparticolaridistelleedicalibrareleloromagnitudiniassolute.

Lestellehannocoloridiversi.Ildiversocolorerifletteladiversatemperaturasuperficiale:lestellerossesonopiùfreddecontemperatureda2.500a3.500°K,leblusonolestellepiùcaldecontemperatureda12.000a30.000°Kedoltre,ilSoleèunastellagiallaedhaunatemperaturasuperficialedicirca6000gradi.

Sesiscomponelaluceprovenientedaunastellanellevariecomponentispettrali,seneottienecioèlo"spettro",sivedecheladiversitàincoloreèancheaccompagnatadaunadiversitànellerighepresentinellospettro.Aparitàdicolore,ovveroaparitàdirighepresentinellospettro,lestellepossonopoiavereluminositàmoltodiverseasecondadiquantoessesianograndi(giganti,subgiganti,nane).Gliastronomiclassificanolestelleoltrecheinbaseallaloroluminosità(magnitudine),inbaseallalorograndezza(classediluminosità)eallorocolore/spettro(indicedicolore/tipospettrale).Questecaratteristichediunastella(magnitudine,colore/tipospettrale,classediluminosità)sonoallabasedeimetodidelleparallassispettroscopicheefotometriche.Studiandostellevicinediluminositàecolori(ovverotipispettrali)diversipercuisianotaladistanzaèpossibilecostruireundiagrammachedàl'andamentodellamagnitudineassolutainfunzionedelcolore(tipospettrale)edalvariaredellaclassediluminosità.Quindiatuttelestellechedallospettrorisultanoavereuncertotipospettraleeunadataclassediluminosità,sipuòattribuirelamagnitudineassolutamediaMtipicadiqueltipospettraleeclassediluminosità.ConquestometodosipossonostimaredistanzesinoailimitidellanostraGalassiaedoltrefinoa107

pc.

LeggereilCielo


Introduzione









Leincertezzedellascaladeleldistanzeastronomiche


LadistanzadeglioggetticelestialdifuoridellanostraGalassiavienestimataattraversotecnichedimisura"indirette".Questetecnichesibasanosullaidentificazionedioggetticelestichecostituiscanodegli"indicatorididistanza",cioèoggettioclassidioggettilacuiluminositàintrinseca(equindimagnitudineassoluta)è"costante"e"nota",iqualiciappaionoaluminosità(magnitudini)apparentidiversesoloperchésitrovanoadistanzediversedanoi.

Gliastronomichiamanoquestioggetti"candelestandard".Ilpuntocrucialeditutteletecnichebasatesulle"candelestandard"ècheessedevonoessereaccuratamentecalibrate,cioèlamagnitudineassolutadell'indicatoredeveesseredeterminatacongrandeaccuratezzaprimacheessopossaessereutilizzatoperstimareladistanzadioggetticelestipiùlontani.Inastronomialapossibilitàdispingersiamisuraredistanzesemprepiùgrandieconaccuratezzesempremaggiorièstataedèindissolubilmentelegataallacapacitàdiidentificareindicatorididistanza(i)semprepiùattendibili,estabili(cioèconmagnitudineassolutacostante),(ii)facilmenteindividuabiliinsistemistellariviaviapiùlontani,perchéintrinsecamentemoltobrillanti(adesempioleNovaeeleSupernovae)oconcaratteristichechelirendesserofacilmentericonoscibili(laparticolareformadellacurvadilucenelcasodellevariabiliCefeidi,RRLyraeeMira),e(iii)diessereingradodifissarneinmodosemprepiùaccuratolamagnitudineassoluta.Ilmetododegli"indicatorididistanza"èvenutoevolvendoperpassisuccessivieparallelamenteallanecessitàdimisuraredistanzesemprepiùgrandi.Ilprimodiquestipassièl'identificazionedioggettidiluminositàintrinsecacostanteedistanzanota(adesempioattraversolamisuradellaparallasse)"all'internodellanostraGalassia",perpoiandareacercarequestostessotipodioggettiadistanzeviaviamaggiori,insistemistellarisemprepiùlontani.Questotipodiprocedimentohadatoottimirisultatifinoadistanzedell’ordinedei107pc.Quandoperòcisivuolespingereoltre,isingolioggettidivengonotroppodeboliperesserevistiericonosciuti,ilpassosuccessivoèalloraquellodiutilizzarecomeindicatorile"proprietàglobali"diintereclassidioggetti(laluminositàintegratadegliammassiglobulari,leclassidiluminositàdellegalassiespirali,l'esistenzadellarelazionecolore-luminositànellegalassieellittiche).L'individuazionediquestosecondotipodiindicatorièingeneralemoltopiùdifficileecontroversa,eledistanzedaessistimaterisultanoinevitabilmentepiùincerteperchésudiessesipropagal'incertezzaconcuiènotaladistanzadegliindicatorilocalisucuivengonocalibrati.Diconseguenzagli"indicatorididistanza"hannoun"rango"euna"bontà"diverseevengonoperciòsuddivisiinindicatori"primari","secondari"e“terziari".LaFigura2mostraipiùimportantimetodiedindicatorididistanzacomunementeusatiinastronomiael'intervallodidistanzeentrocuiessivengonoimpiegati.

Figura2.Scaladelledistanzecosmologicheedintervallidiapplicabilitàdeivarimetodidimisuraedindicatorididistanza.GliintervallicorrispondentiallaparallassetrigonometricaedalleCefeidi,sonostatiestesi(porzionitratteggiate)perincludereipiùrecentirisultatiottenutitramiteilsatelliteastrometricoHipparcoseilTelescopioSpazialeHubble(HST).

LeggereilCielo


Introduzione











Vengonochiamati"primari"gliindicatoriutilizzatipermisurareladistanzadioggettialdifuoridellanostraGalassia,lacuimagnitudineassolutapuòesserefissata(ovverochepossonoesserecalibrati)attraversol'osservazionedioggettiall'internodellanostraGalassia.IprincipaliindicatoriprimarisonolevariabiliCefeidi,leRRLyrae,leNovaeeleSupernovae,cui,intempipiùrecenti,sisonoaggiunteancheleMira,lebinarieadeclissi,il"redclump",imodellidinamicidegliammassiglobulari,ecosìvia.Imetodichesibasanosuquestiindicatoripossonoesseredefinitiprevalentemente"osservativi",esistetuttaviaunsecondogruppodimetodiiqualihannounaconnotazionepiùspiccatamenteteorica.Lateoriadell'evoluzionestellareconsenteinfattidiseguireneltempol'evoluzionediunastellaepredirequalesaràlasualuminositàincorrispondenzadiciascunadellefasievolutiveindicateneldiagrammaHR.Diquestefasievolutive,quellealuminositàcostantepossonoessereusateperottenerestimedidistanza.Adesempiofannopartediquestiapproccipiù"teorici"ilmetododella"luminositàallasommitàdelramogigante"eimetodibasatisui"modelliteoricidibraccioorizzontale".Imetodi"teorici",risentendodell'incertezzaancorapresentenellafisicadibasedeimodelliteorici,sonotuttaviadaconsiderarsiglobalmentepiùincerti.

leCefeidiLeCefeidisonostellegigantilacuiluminositàvariaconperioditra2e150giorni.Lavariazioneluminosaavvieneconampiezzadell'ordinedelleduemagnitudini,edèprodottadaunperiodicomovimentodiespansioneecontrazionedell'inviluppostellare(pulsazione)chesiripeteconregolaritàdauncicloall'altro.Scoperteagliinizidel1900,circaunadozzinadiCefeidisonovisibiliadocchionudo.LeCefeidisonooggettibrillanti,facilmenteidentificabiliancheinsistemistellarilontanigrazieallafortevariazionedellaluminositàeallaparticolareformadellacurvadiluce,maciòchelehareseunodegliindicatorididistanzapiùimportantiinastronomiaèchelaloroluminositàintrinsecaaumentaconl'aumentaredelperiodo.Questaproprietàfondamentaleècomunementenotacomerelazioneperiodo-luminosità.SedunqueconosciamolamagnitudineassolutadiunaqualunqueCefeide,adesempioperchéneabbiamomisuratolaparallassetrigonometrica,larelazioneperiodo-luminositàciconsentiràdirisalireallamagnitudineassolutaequindialladistanzadiqualsiasialtraCefeideedeisistemistellariincuileCefeidivengonoosservate.HipparcoshamisuratolaparallassetrigonometricaperuncertonumerodiCefeidigalatticheconsentendocosìun'accuratacalibrazionedellarelazioneperiodo-luminosità,cheapplicataalleCefeidiosservatedaltelescopiospazialeHubblenellegalassieesternealGruppoLocalehaconsentitodistimaredistanzefinoa3·107pc.leRRLyraeCirca3o4magnitudinimenobrillantidelleCefeidi,le

RRLyraesonolevariabilipulsantipiùfrequentinegliammassiglobularienell'alonedellanostraGalassia.RRLyraesonostateosservateinmoltedellegalassiedelGruppoLocale,laGrandeNubediMagellanoinparticolare,dovenesonostateidentificatepiùdi9000.LavariazioneluminosadelleRRLyraeavvieneconampiezzetra0.5e1magnitudineeconperiodida0.3a1giorno.Lateoriadell'evoluzionestellareledescrivecomestelledicircaunamassasolarenellafasedibruciamentodell'elionelnucleostellareedell'idrogenoinunsottilegusciointornoalnucleo.Inbaseallaloroluminositàmedianeldiagrammacolore-magnitudinesiposizionanoinunaregionealuminositàcostantechiamata"braccioorizzontale".Ilfattodiavereluminositàmediapressochécostantelerendedegliottimiindicatorididistanzaperglioggettistellariincuivengonoosservate,purchénesiastatadeterminatalamagnitudineassoluta.LeRRLyraesonotroppodistantiperpoternemisurarelaparallassetrigonometrica,(Hipparcosèriuscitoamisurarelaparallassetrigonometricaconunerroreinferioreal10%perunasolaRRLyrae,lapiùvicina).ImetodipiùcomunementeusatiperstimarelamagnitudineassolutadelleRRLyraesonoleparallassistatisticheeilmetododella"brillanzasuperficiale"(metodoBaade-Wesselink).leNovaeLeNovaesonodellevariabiliesplosivechemostranounimprovvisoenormeaumentodellaluminositàconcrescitechepossonoanchesuperarele12magnitudini(unaumentoinluminositàdicirca60.000volte)edavvengonosutempiscalamoltocorti(unooduegiorni),seguitedaundeclinomoltolentochepuòdurareanni.SonopiccolestellenanemenomassiccedelSoleemoltoprobabilmentecomponentidisistemibinari.Dopol'esplosionelamaggiorpartedelleNovaeritornanopiùomenoallaluminositàdellafasepre-esplosiva,alcunedannoluogoapiùdiunfenomenoesplosivoe,perquesto,vengonochiamate"ricorrenti".Leluminositàraggiuntenellafasedimassimolecollocanotralestellepiùluminosedellegalassie,piùbrillantidelleCefeidiequindipotenzialiindicatorididistanzapergalassieampiamenteoltreilGruppoLocale.StoricamenteleNovaesonostateiprimioggettiusatiperstimareledistanzealdifuoridellaGalassia.LamagnitudineassolutaraggiuntaalmassimodilucedalleNovaepuòesseremoltodiversadaunavariabileall'altra,maèmoltobenecorrelataallarapiditàconcuiavvieneildeclinodopoilmassimodiluce:leNovaecheraggiungonoleluminositàpiùelevatehannoundeclinopiùrapido.Larelazioneluminosità-tempodideclino,unavoltacalibratasulleNovaegalattiche,puòessereusataperricavareledistanzedigalassieesternequaliM81edM101edoltrefinoaspingersiall'ammassodellaVergine.leSupernovaeLeSupernovaesonostellemoltopiùmassiccedelSolechenegliultimistadidellaloroevoluzioneraggiungonotemperaturecentralicosìaltedaesplodere.Durantel'esplosionedivengonomilionidivoltepiùluminosedelSoleedespellonoenormiquantità(1-2massesolari)dimaterialegassosonellospaziocircostante.Neitestistoricisitrovamenzionedialmeno6o7esplosionidiSupernovaavvenuteall'internodellanostraGalassianegliultimiduemilaanni.L'esplosionediSupernovaeavvieneintuttiitipidigalassie,leenergiecoinvolteeleluminositàraggiuntesonotalidarenderequestestellevisibiliagrandissimedistanzeequindidegliottimiindicatorifinoadistanzedell'ordinedei108pc.UnodeimetodisviluppatipiùrecentementeperdeterminareladistanzadelleSupernovaesibasasullamisuradell'anellodiespansionedellaSupernova.QuestometodohaconsentitounastimamoltoaccuratadelladistanzadellaSupernovaesplosanel1987nellaGrandeNubediMagellano,lagalassiairregolaredelGruppo

Localeanoipiùvicina.leMiraLevariabiliditipoMirasonostellegigantiesupergigantirossechemostranodellevariazionidiluminositàdell'ordinedelle5magnitudini,chesiripetonoconabbastanzaregolaritàeconperioditratremesiedueanni(comunemente10mesi).Mira,ilprototipodiquestaclassedivariabili,èunastelladicirca10massesolari,periodo330giorni,etemperaturasuperficialedicirca2000-2600K.AlparidelleCefeidianchelevariabiliMiraseguonounarelazioneperiodo-luminositàcheèstatacalibratapermezzodialcunestelleMiradicuiHipparcoshamisuratolaparallassetrigonometrica.

Lapossibilitàdiimpiegaregliindicatoriprimarinelmisurareoggettiviaviapiùlontaniel'accuratezzaconcuiconsentonodistimareledistanzedeglioggettilontanisonocresciutiparallelamentealprogrediredellecapacitàtecnologichedaunlato,(adesempiol'HubbleSpaceTelescopehaconsentitodirivelareleCefeidinellegalassiefinoadistanzedi107pc)edellaprecisioneconcuisièingradodimisurareledistanzalocalmente,dall'altro.Inquestoambitol'impattodiHipparcosèstatoenormeperchéoltreallamaggioreaccuratezzadellesingoleparallassitrigonometrichemisuratehaconsentitoanchelari-calibrazionedialcunideiprincipaliindicatoriprimariquali,adesempio,larelazioneperiodo-luminositàdellevariabilipulsanti,laparallassestatisticadelleRRLyrae,ilfitdisequenzaprincipaledegliammassiapertieglobulari,leparallassispettroscopicheefotometriche.

LeggereilCielo


Introduzione











Chiamiamo"secondari"quegliindicatorichedipendonoperlalorocalibrazionedallanostraconoscenzadelladistanzedialcunegalassievicine,misuratepermezzodegliindicatori"primari".GliindicatorisecondaridivengonoindispensabiliquandosivuoleandareamisurareladistanzadellegalassieoltreilGruppoLocaleedM81.Infine,vengonochiamati"terziari"gliindicatorilacuicalibrazionedipendedallanostraconoscenzadelledistanzadellegalassiemisuratetramiteindicatorisecondari.

Vengonoutilizzaticomeindicatori"secondari":

laluminositàdellestellepiùbrillantidellegalassie.L'osservazionedellestellepiùbrillantinellegalassiedelGruppoLocaleeneigruppidiM81edM101hamostratochele"stellerossepiùbrillanti"hannolastessamagnitudineassolutavisualeintuttelegalassie,aprendocosìlapossibilitàdiutilizzarlecomeindicatorididistanza;lepiùbrillantiregionidiidrogenoionizzato(HII)nellegalassie,sfruttandolacorrelazioneesistentetradimensioniangolaridelleregioniHIIeleclassidiluminositàdellegalassie;lafunzionediluminositàdegliammassiglobulari.Ladistribuzioneinluminositàdegliammassiglobularièugualeintuttelegalassieedèindipendentedallaluminositàdellagalassiaincuigliammassivengonoosservati(galassiaospitante),conquestometodosiarrivaadistanzedi10-20·106pc;larelazioneTully-Fisher.Inquestocasovienesfruttatalacorrelazioneesistentetral'intensitàdellarigaa21cmemessadall'atomodiidrogenoneutroelamagnitudineassolutadellagalassia.Conquestometodosiarrivafinoadistanzedi100·106pc;lacorrelazionetracoloreeluminositànellegalassieellittiche.Conquestometodosiarrivaastimareledistanzefinoall'ammassodellaVergine(circa107pc).

Vengonoclassificaticomeindicatori"terziari":

laclassediluminositàdellegalassiespirali:lamagnitudineassolutadellegalassiespiralidiunadataclassediluminositàècostante,questometodoconsentirebbedistimaredistanzedell'ordinedei300·106pc.C'èstatatuttaviamoltadiscussionesullasuaattendibilitàenegliultimiannisiègiuntiallaconclusionechelacorrelazionenonsiacosìforteecheilmetodosiapiuttostoapprossimativo;ladimensionedellegalassieelasuacorrelazioneconlaluminositàelaclassediluminosità.Poichéladimensionedellegalassieèunaquantitànotevolmentedifficiledastimareanchequestoèunindicatoredidistanzapiuttostorozzo.Infine,perspingerelanostracapacitàdimisurarealledistanzecosmologiche(>109pc)siusacomeindicatore

didistanzala"luminositàtotaledellegalassiepiùbrillanti"negliammassiricchidigalassie,nell'ipotesicheessasiacostanteedugualeintuttigliammassi.Questometodopuòesserecalibratoosservandoammassidigalassierelativamentevicini(adesempiol'ammassodellaVergine)lacuidistanzaasuavoltaèstatastimataconpiùmetodidiversi.Anchequestatecnicapresentaperòunaseriediproblemi,deiqualiilprimoèrappresentatodall'evoluzionedellegalassieconiltempo;infatti,quandosivaindietroagalassieestremamentedistanti,essesonovisteadetànotevolmentepiùgiovanidellegalassievicineequindileloroproprietàfisiche,luminositàinparticolare,potrebberoesseremoltodiversedaquelledellegalassie"locali"cheusiamocomecalibratori.Unaltroproblemaèrappresentatodallatendenzadellegalassiepiùluminoseemassicceadinghiottirelegalassievicinepereffettomareale.

LeggereilCielo


Introduzione











LagrandeNubediMagellano,lagalassiairregolaredelGruppoLocaleanoipiùvicinarappresentaunadellepietremiliarinellamisuradelledistanzeastronomiche.LaFigura3riassumeleprincipalistimedelladistanzadellaGrandeNubeottenuterecentementetramitealcunidegliindicatorididistanzamostratiinFigura2.

Figura3.LadistanzadellaGrandeNubediMagellanostimataattraversoalcunidegliindicatorididistanzamostratiinFigura2.LalineatratteggiataindividuailvaloreattualmentepiùaccreditatoperladistanzadellaNube(51000±1000pc),sucuiipiùrecentistudimostranocheèpossibilericonciliarelascala"corta"elascala"lunga".

AsecondadelmetodousatopermisurarlaladistanzadellaNubevariadaunvaloreminimodi44.000aunvaloremassimodi55.000pc,insommacomeseasecondadelmodoincuilamisuriamo(inpassi,conunmetro,interminididistanzaBologna-Rimini)ladistanzatraBolognaeMilano(200km)possaessere160o250km!!!

Ivariindicatoriportanoaduescaledidistanzadiverse,unascala"corta"incuiladistanzamediadellaGrandeNubedi

http://www.bo.astro.it/universo/letture/webcorso/webleggere/clementini/cle3.html

Magellanoècirca44.000pc,edunascala"lunga"incuilaGrandeNubesitroverebbeapiùdi51.000pcdanoi;ladifferenzatraleduescalecorrispondecircaalladistanzatrailSoleedilcentrodellaGalassiaeviaggiandoallavelocitàdellaluceimpiegheremmopiùdi23.000anniperpercorrerla.

Nonèsenzasgomentocheperannisièguardatoaquestadicotomiaedallaindeterminatezzageneralecheessaprovocavanellaconoscenzadelledistanzeastronomiche.Infatti,seperoggetticosì"vicini"l'indeterminatezzaètantogrande,quantograndeèl'incertezzasulledistanzedeglioggettipiùlontani?EdèsolodirecenteeconenormesollievochesembrasisiatrovatalaviaperriconciliarelevariestimedidistanzadellaGrandeNubesuuncomunevaloredi51.000pc.D'altraparteilcamminodell'uomoattraversoilcosmoinfinitoprocedeperlentipassisuccessiviedattraversoinnumerevolierrori,edèforseappenaspuntatal'albadelgiornoincuiguarderemoalproblemadelladicotomiatrascala"lunga"escala"corta"conlastessacuriositàdivertitaconcuioggiguardiamoleprimestimedelladistanzadelleNubidiMagellanopubblicatedaHertzsprungnel1913,lequaliponevanoquestegalassieirregolariall'internodellanostraGalassia.

Nelconcludere,infine,questoviaggioattraversoimetodidimisuradelledistanzeinastronomia,miaugurodiessereriuscitaadare,almenoinparte,lapercezionedel"Quantogrande"edel"Quantolontano",affinchéconritrovatostuporesipossaesclamare"Comeèbello!".

LeggereilCielo

IntroduzioneallacosmologiaAlbertoCappi

Introduzione

L'universoinespansione

IlBigBang

L'inflazionedell'universo

Altriuniversi?

Letture

Nell'UnitàOriginariadell'EntePrimorisiedelaCausaSecondariadiTutteleCose,eilGermedelloroInevitabileAnnichilamento.EdgarAllanPoe,Eureka(1848)

Introduzione

Lacosmologia,intesacomescienzachesiproponedidescriverel'evoluzionedell'universonellasuaglobalità,anchealdilàdiciòchenoipossiamoosservare,ènatanelXXsecolo.Ciòèstatoresopossibiledalprogressotecnologicochehaportatoallacostruzionedigranditelescopiedistrumentazionesemprepiùsensibile,edallenuove,rivoluzionarieteoriechehannodatoorigineallafisicamoderna,lameccanicaquantisticaelateoriadellarelatività.Inoltrelacosmologiacontemporaneahavistounafecondainterazionefrafisicadelleparticelleelementarieastronomia.Infatti,nelleprimefasidivitadell'universosisonoverificatiprocessifisiciadenergietalmenteelevatedarisultareinaccessibiliaqualunqueacceleratorediparticelle,machehannolasciatodelletracceosservabilisulleproprietàdell'universoattuale.

Lacosmologiascientificapartedaunaipotesifondamentale:siassumecheleleggidellafisicasianovalideovunque,nellospazioeneltempo.Naturalmenteleteoriefisichehannolimitidivalidità,cheperesseresuperatirichiedonolacostruzionediunateoriapiùgenerale;entroqueilimiti,comunque,essedevonovalereovunque.L'ideacheesistanoleggiuniversalièallabasedellascienzamodernaedeisuoisuccessi(bastipensareall'ideadiNewtonchelamelachecadeelaLunacheorbitaintornoallaTerrasonofenomenidescrittidaunastessalegge).Osserviamoadesempiogalassielontanemiliardidianni-luce,elevediamodunquecomeeranomiliardidiannifa;eppureesserisultanoobbedireallestesseleggifisichecheabbiamoscopertoechevalgonosullaTerra.

Inquestabrevepresentazionesonoriassuntiirisultatidellacosmologiaclassicaesonobrevementedescrittiglisviluppirecentieleprospettivefuture.

LeggereilCielo


Introduzione


IlBigBang


Altriuniversi?

Letture


Laforzacheregolailmotodeicorpicelestièlagravità.Eppureessaèdebolissimaseparagonataallaforzaelettromagnetica.Adesempio,dueelettronipostiadunacertadistanzaesercitanounamutuaforzarepulsiva,dovutaallaloroidenticacarica,enormementesuperioreallaloroattrazionegravitazionale.Peròlecaricheelettrichepositiveenegative,attraendosi,tendonoacompensarsi,eperquestonell'universostelleepianetisonoelettricamenteneutri,mentrelagravità,unicamenteattrattiva,divienelaforzadominanteedeterminailmotodeicorpicelesti.PerquestolaleggedellagravitazioneuniversalediNewton,pubblicatanel1687,offrivapotenzialmentelapossibilitàdiporresubasiscientificheilproblemadellastrutturadell'universo.Newtonritenevachelospaziofossepopolatodaunadistribuzioneinfinitaeduniformedistelle.Peròinquestocasolasualeggedigravitazionenonpermetteunadescrizionematematicacoerente.Inoltre,supponendocheuntaleuniversoesistadasempre,sidovrebbeavereuncieloluminosocomelasuperficiedelSole(paradossodiOlbers).

Aparteiproblemiteorici,vierapoiilproblemadimisurareledistanzedeicorpicelesti.AncoraagliinizidelXXsecolononerachiaroselenebulosecomequelladiAndromedafacesseropartedellanostragalassiaofosserolontanisistemistellari,valeadirealtregalassie.L'astronomoamericanoEdwinHubbleriuscìarisolveredefinitivamenteilproblema,identificandoinAndromedaunaparticolareclassedistellevariabili,leCefeidi,lacuiluminositàintrinsecaèlegataalperiododivariazionedellaloroluce.Unavoltachediunoggettosiconoscalaluminositàintrinsecaesimisurilasualuminositàapparente,sièingradodideterminarneladistanza.FuconquestometodocheHubbledimostròdefinitivamentecheAndromedaèsituatabenaldifuoridellanostragalassia,echel'universoèpopolatodigalassie.

Laformulazionedellarelativitàgeneralenel1916dapartediEinsteinhaconsentitoinveceunadescrizionematematicacoerentedell'universo.Inquestateorialeproprietàdellospaziosonoalteratedallapresenzadeicampigravitazionali,elalucestessanevienedeviata.Attraversolasoluzionedelleequazionidellarelativitàgenerale,apartiredaalcuneipotesisemplificatrici,siottengonodeimodellimatematicichedescrivonoladinamicadell'universo.L'ipotesipiùimportanteallabasedeimodellistandardècheladistribuzionedellamateriasiaomogenea,ovveroche,qualunqueregionedell'universosiconsideri,essadebbaaverelastessadensitàdistelleegalassie.Naturalmentebastadareunosguardoalcieloperconstatarechequestononèverolocalmente,datochelestellesonoconcentratenellaViaLattea.Gliastronomihannopoiscopertochelegalassiesitrovanoingruppiedammassi,echevisonostruttureancorapiùesteseegrandivuoti.Ècomunqueragionevolepensareche,considerandoregionidiuniversoabbastanzagrandi(attornoai300milionidianni-luce),l'universosiadavveroomogeneo(laconfermadiquestaipotesièdatadall'isotropiadellaradiazionecosmicadifondo,chevedremopiùavanti).

FuproprioEinsteinnel1917aproporreilprimomodellocosmologicorelativistico,incuil'universononhalimiti,mahaunvolumefinito;ilclassicoanalogobidimensionaleèlasuperficiediunasfera,chehaun'areafinitamaillimitata.Einsteinritenevachel'universofossestatico,eperottenerequestorisultatointrodusselasuafamosacostantecosmologicaL.Benprestorisultòperòevidentechel'universodiEinsteinerainstabileeche,conosenzacostantecosmologica,l'universodeveocontrarsioespandersi,comedimostratodalrussoAlexanderFriedmannnel1922,esuccessivamentedalbelgaGeorgeLemaître.

Neimodellistandardsenzacostantecosmologica,lastoriadell'universoèlegatainmodosempliceallageometriadellospazio,edipendedalladensitàdimateria .Seladensitàèmoltoelevata,superioreadunasogliacritica c,alloral'universoèdestinatoinfuturoarallentareefermarelapropriaespansione,perpoicollassaresusestesso;lageometriadellospazioèl'equivalentetridimensionaledellageometriasuunasuperficiesferica:ilvolumedell'universoèfinito,manonhalimiti,comenelcasodell'universodiEinstein.Disolitosiusailrapportofradensitàdell'universoedensitàcritica, = / c;inquestocaso èmaggioredi1,esiparladiuniverso"chiuso".Sel'universohainveceunadensitàinferiorealladensitàcritica( èdunqueinferiorea1),allora,purrallentando,èdestinatoadespandersipersempre,èinfinitospazialmenteedhaunageometriaiperbolica("universoaperto");infine,sel'universohaesattamenteladensitàcritica( èugualead1),alloraessoèinfinitoedestinatoadespandersipersempre,comenelcasoprecedente,mainquestocasovalel'abitualegeometriaeuclidea.

Occorreperòprecisarecheselacostantecosmologicaèdiversadazero,alloraquestesemplicirelazionifrageometriaedestinodell'universosicomplicano.Alcuneosservazioni,comevedremo,suggerisconolapresenzadiunacostantecosmologicapositiva,ilchecorrisponde,intermininewtoniani,adunaforzarepulsiva:l'universononstarebbedunquerallentando,maaccelerando.

MentreiprimimodellicosmologicivenivanoprodottiinEuropadaunaristrettacerchiaditeoriciingradodimaneggiareleequazionidellarelatività,negliStatiUnitigliastronomiSliphere,successivamente,HumasoneHubble,ottenevanoiprimispettridigalassie.Ricordiamochelospettroèunascomposizionedellalucenellesuevarielunghezzed'onda;lalucerossacorrispondealunghezzed'ondapiùgrandielaluceblualunghezzed'ondapiùpiccole.Gliastronomifuronoinizialmentesorpresinelconstatarechelalunghezzad'onda dellerighedeglielementiidentificatinellegalassieerasistematicamentesuperioreallalunghezzad'onda 0dellerighedeglistessielementimisurateinlaboratorio.Talespostamentoversolunghezzed'ondapiùgrandi,dunqueversoilcolorerosso,ènotoconiltermineinglesediredshift,edèdefinitoquantitativamentenelmodoseguente:

z=( - 0)/ 0

Unospostamentodellerigheindicaunmotorelativodellasorgenterispettoanoi,edènotocomeeffettoDoppler.Èstatoscopertonelsecoloscorsoperleondesonore(èperquestoeffettocheilsuonodellasirenadiun'ambulanzarisultapiùacutoquandosiavvicinaanoiepiùgravequandosiallontana).Lospostamentoversolunghezzed'ondapiùgrandiindicaunmotodiallontanamentoe,inbaseall'effettoDopplerclassico,unagalassiaconredshiftzsiallontanadanoiconunavelocitàv=cxz,dovecèlavelocitàdellaluce(circa300.000km/s).

Nel1929,HubblemostròchelavelocitàdiallontanamentoV

dellegalassieeraproporzionaleallalorodistanzaDdanoi:

V=HxD

doveHèchiamatacostantediHubble(Hèinrealtàcostantenellospazio,mavarianeltempo).

L'interpretazionenaturaledellaleggediHubbleèchel'universointerosiainespansione,echeperciòognigalassiasiallontanidallealtre,inpienoaccordoimodellirelativistici,anchese,apriori,avremmopotutotrovarel'universoinfasedicollasso:ineffetti,lacosmologiaclassicanoncidiceperchél'universosistiaespandendo.L'interpretazionerelativisticadellaleggediHubblecidicecheèlospaziostessochesistaespandendo,edèopportunonotarechelaformulaclassicav=cxz,ottenutamoltiplicandoilredshiftperlavelocitàdellaluce,èun'approssimazione,enondeveessereintesacomeunavelocitàfisicadellagalassia:losivededalfattochequandoilredshiftdiunagalassiaèsuperiorea1otterremmounavelocitàsuperioreaquelladellaluce.Ilredshiftmisurainrealtàl'espansionedellospazio.Siccomelavelocitàdellaluceèfinita,piùglioggettisonolontanipiùlivediamoindietroneltempo:adesempio,unagalassiaconunredshiftugualea1ciapparecom'eraquandolascaladell'universoeralametàdiquellaattuale,eladensitàmedia8voltesuperiore.Questofattopuòapparirecomeunacomplicazione,macioffreanchelapossibilitàdiosservarel'evoluzionedellegalassie.

LeggereilCielo

IntroduzioneallacosmologiaAlbertoCappiHome

Introduzione


IlBigBang


Altriuniversi?

Letture

IlBigBang

L'istanteinizialeSel'universoèinespansione,alloranelpassatolegalassiedovevanoesserepiùvicinefraloro,eladensitàpiùelevata.Andandoindietroneltempo,arriviamoaun'epocaincuinonpotevanoesisterelestelle,masologliatomi,eprimasoloinucleiatomici,ecosìviafinoadarrivareallaremotaepocadeiquark,leparticelleelementarichecostituisconoiprotonieineutroni.Lemaîtresuggerìnel1931chel'universofossenatodallaframmentazionedi"unatomoprimordiale",un'ideacherappresentailprimopassoversolateoriadelBigBang(ancheseEdgarAllanPoenel1848avevaavanzatoun'ipotesianalogainuncontestonewtonianonelsuoaffascinantepoemainprosaEureka).Andandoaritrosoneltempo,sidovrebbecomunquearrivareadunistanteinizialeincuiladensitàerainfinita.

IfisiciHawkingePenrosehannodimostratoneglianni'70cheinrelativitàgeneralelasingolaritàiniziale,ovverol'istanteincuiladensitàdell'universoerainfinita,èinevitabile.Occorreperòricordarechequestaèsolounaestrapolazionedeimodelli;larelativitàgeneralenonpuòpiùessereapplicataneiprimiistantidivitadell'universo,quandotuttoeraconcentratosuscalemicroscopiche,chesonodescritteinvecedallameccanicaquantistica.Purtroppolameccanicaquantisticanonhaunaformulazionecompatibileconlarelativitàgenerale,enonpuòessereapplicataall'universo.Perquestomotivoèincorsogiàdamoltianniunintensolavoroteorico,sustradediverse,perunificarelameccanicaquantisticaelarelativitàgenerale,ecostruireunateoriaquantisticadellagravitazione,chesolapotrebbedescrivereleprimefasidivitadell'universo.

LeconfermeBigBang,o"grandebotto",èunterminechevolevaesserespregiativo,coniatoneglianni'50daFredHoyle,ilqualeerascetticoefilosoficamenteostileall'ideadiuniniziodell'universoeavevapropostoinsiemeaBondieGoldunateoriaalternativa,lateoriadelloStatoStazionario,incuil'universoesistedasempreedèincontinuaespansione,maviècreazionecontinuadimateriachemantienelasuadensitàcostante.Leosservazionihannomostratochequestateorianonècorretta,echel'universonelpassatoeradiversodacomeènelpresente.

VisonodiverseeconvincenticonfermedellavaliditàdellateoriadelBigBang.Vièinnanzituttolasostanzialecoincidenzafral'etàdell'universochesipuòcalcolareripercorrendoall'indietrol'espansionedell'universofinoaquandotuttodovevaessereconcentratoinunpunto,el'etàdellestellepiùvecchie,attornoai15miliardidianni.Apriori,ledueetàpotrebberoesseretotalmentediverse,esoloilBigBangoffreunaspiegazionenaturalediquestacoincidenza.SileggetalvoltasuigiornalidiunacrisidelBigBang,dovutaalfattochealcunestellerisulterebberopiùvecchiedell'etàattribuitaall'universo;inrealtà,incertezzesperimentaliaparte,quellemisurepossonoescluderesoloalcunideidiversimodellichesipossonocostruireapartire

dalBigBang.

Lanaturacosmologicadelredshiftdellegalassieèormaiampiamenteconfermata,nonostantealcunicasidioggettiapparentementeviciniconredshiftmoltodiversi,studiatisoprattuttodall'astronomoamericanoHaltonArp,cheperòpossonoessereinterpretaticomeallineamenticasualioanchecomemiraggigravitazionali.Adesempio,èpossibileadessomisurareladistanzadellegalassieindipendentementedalredshfit,equestavelocitàèsempreinbuonaccordoconquellastimatadalredshift(tenendocontonaturalmentedelfattocheunagalassia,oltreapartecipareall'espansionedell'universo,haancheunasuavelocità,dovutaadesempioall'attrazionegravitazionaledigalassievicine).

UnaltrograndesuccessodellateoriadelBigBangèlaspiegazionedellaformazioneedelleabbondanzedeglielementicheosserviamonell'universo.Andandoindietroneltempo,comesièdetto,densitàetemperaturadell'universodovevanoesseresemprepiùelevate.AttornoalprimosecondodopoilBigBang,l'universoeracompostodaprotoni,neutroni,elettroni,fotoni,eneutrini.Perqualcheminuto,finchétemperaturaedensitàfuronoabbastanzaelevate,vifuunaseriedireazioninuclearicheportòallaformazionedinucleidielio(dueprotoniedueneutronilegatidalleforzenucleari)e,inmisuraminore,dialtrielementileggeri.LeabbondanzeosservatediquestielementisonoinaccordoconquelleprevistedallateoriadelBigBang.Colprocederedell'espansione,eladiminuzionedidensitàetemperatura,lanucleosintesiprimordialesièarrestata,senzapoterprodurreglielementipesanti,chetroviamoinabbondanzasullaTerraechesonoessenzialiperlavita,comeilcarbonio,l'azotool'ossigeno.Maquestononèunproblema.Sappiamoinfatticheaprodurreglielementipiùpesantièstatalafusionenucleareall'internodellestelle.Leprimegenerazionidistellemassicce,esplodendo,hannodiffusonellospaziointerstellareglielementipesantidaloroprodotti,elementifinitinelgasche,percontrazionegravitazionale,hadatoorigineadaltrestelle,comeilnostroSole.

Alcunecentinaiadimigliaiadiannidopol'istanteiniziale,vifulacosiddettaepocadellaricombinazione:latemperaturadivennesufficientementebassa,attornoalmigliaiodigradi,dapermettereadelettronieprotonidilegarsistabilmente,formandoatomidiidrogeno.Soltantoalloraifotonipoteronopropagarsiliberamentenellospazio,el'universodivenne"trasparente".Oggicontinuiamoadesserecircondatidaqueifotoniche,perdendoenergiadurantel'espansione,sitrovanooraadunatemperaturadi2,73gradisopralozeroassoluto,ecostituisconolacosiddettaradiazionecosmicadifondo.Questaradiazionefuscopertacasualmentenel1965,esuccessiveosservazioniinaltrelunghezzed'ondahannomostratocheessahalecaratteristicheprevistedallateoriadelBigBang.Inparticolarehalaproprietàdiessereisotropa,ovverolasuatemperaturaèlastessaconunaprecisioneelevatissima,qualunquesialadirezionenelcieloincuivienemisurata.Ciòconfermachel'universosugrandiscaledeveessereomogeneo:infatti,seall'epocadellaricombinazionevifosserostategrossefluttuazioninelladensitàdimateria,questeavrebberodovutocausaredellegrossefluttuazioninellatemperaturadellaradiazionedifondo.

FormazionedellegalassieemateriaoscuraAbbiamoperòvistochel'universolocalenonèomogeneo,enegliultimiventiannisonostateosservatestrutturecomplesse,grandivuoti,filamentie"muraglie"digalassie,suscaledi100milionidianni-luce.Perspiegarelaformazionediquestestruttureoccorreche,all'epocadellaricombinazione,vifosseropiccolefluttuazionididensitànelgasprimordialecostituitoessenzialmentedaatomidiidrogenoedielio.Lezoneincuiladensitàeraunpo'piùaltatendevanoadesercitareun'attrazionegravitazionale

superiore,esonodivenuteprogressivamentepiùmassicce,sinoaformarestelleegalassie,nelcorsodiunprocessoduratoalcunecentinaiadimilionidianni.Cisiaspettapertantochelaradiazionecosmicadifondononsiaperfettamenteisotropa,maconservilatracciadellaformazionedelleprimestrutturesottoformadipiccolefluttuazioniditemperatura,chesonoperòmoltodifficilidamisurare,esonostaterivelatesoltantonel1992daunsatellitedellaNASA.Questoharappresentatounulteriore,importanteconfermadellateoriadelBigBang,manonrisolvedefinitivamenteilproblemadellaformazionedellegalassie.

Figura1.Unamappadell’universovicino.Ognipuntorappresentaunagalassia,elasuadistanzaèstataottenutamisurandoneilredshift.Èevidentecheladistribuzionedellegalassienonèuniforme,echeesistonostrutturemoltoestese.Unodeiproblemiprincipalidellacosmologiaèquellodispiegarelaformazionediquestestrutture.(mappadidaCostaetal.1994)

Infatti,lefluttuazionisonocosìpiccole,convariazionidiappenauncentomillesimorispettoallatemperaturamedia,che,anchein15miliardidianni,appareimpossibileformarelegalassieelestrutturechesiosservanooggiconlasolamateriacheconosciamo.Sièdunqueipotizzatal'esistenzadiunaltrotipodimateriacheavrebbepotutocondensarsipiùrapidamentesenzaprovocarevariazioninellatemperaturadellaradiazionecosmicadifondo.Inquestomodolecondensazionidimateriaall'epocadellaricombinazionesarebberostatepiùimportanti,eavrebberoattrattopiùmateriainminortempo,permettendolaformazionedellestruttureattuali.L'ideanonèunpuropartodellafantasia,maderivasiadalleosservazionichedaglisviluppidellafisicadelleparticelle.

Ineffetti,nell'universovièunagranquantitàdimateriachenoinonvediamo,materiaoscura,machepossiamorivelarestudiandoilmotodellestelleedelgasnellegalassie,odellegalassiestessenegliammassi.Sistimachenellegalassievisia10voltepiùmassadiquellachenoipossiamoosservaresottoformaluminosa.Negliammassidigalassiesimisuraaddiritturaunamassa100voltesuperioreaquellavisibilesottoformadigalassie.Intuttiicasi,apparedifficilechelamateriaoscurasiatuttasottoformeanoinote,comestellepocomassicceobuchineri,perchélenostreconoscenzesullanucleosintesiprimordialepongonodeilimitisuperioriallaquantitàdiprotonieneutronichepossonoessersi

formati.Ineutrinisonouncandidatopossibileperlamateriaoscura,edineffettirecentiesperimentimostranochesonodotatidimassa,maquestaètroppopiccolaperdareuncontributocosmologicodominante,einpiùlesimulazionieffettuatealcalcolatorehannomostratocheancheconineutrininonsiriesconoariprodurrelecaratteristichedellestruttureosservate.Èpossibileinvececheesistanoparticellepiùmassicce,suggeritedalleteoriedigrandeunificazionedellafisica.Icandidatisonotanti,mal'esistenzadialmenounadiquesteparticelleèancoradadimostrare.

L'esistenzadimateriaoscurahaovvieripercussionisulproblemacheriguardalageometriaeildestinodell'universo.Infatti,comeabbiamovisto,quantopiùaltaèladensitàdimateriadell'universo,tantopiùl'attrazionegravitazionaleèforteerallental'espansione.Ancheconsiderandoilcontributodellamateriaoscuranellegalassieenegliammassidigalassie,siarrivasoltantoacircaunquartodelladensitànecessariaperchiuderel'universo.Seperòlamateriaoscurafossedistribuitainmododiversodaquellaluminosa,allorasarebbepossibileinlineadiprincipioarrivarealladensitàcriticae,superandolaanchedipoco,achiuderel'universoeaprovocarneilcollassoinunlontanissimofuturo.

Unmodoalternativopercapirequantamateriac'ènell'universoèquellodimisuraredirettamentelavariazionedellavelocitàdiespansione.Ciaspettiamoinfattiche,quantapiùmateriac'è,tantopiùl'espansionesiarallentata.Sitrattadiunamisuramoltoarduadaeffettuare,efinoranessunoèriuscitoadotteneredeirisultaticonvincenti.Occorreavereunaclassedioggettidicuisianotalaluminositàintrinseca,emisurarnelaluminositàapparente,inmododapoternededurreladistanza,cosìcomeavevafattoHubbleconleCefeidi.Ilproblemaècheperdistinguerefraivarimodellioccorrespingersiaredshiftelevati,almenoattornoall'unità,edoccorronodunqueoggettimoltoluminosi;perquestononsipossonousareleCefeidi,mafortunatamentevièunparticolaretipodisupernovae(stellecheesplodono)dicuisipuòstimarelaluminositàintrinsecainmanierasufficientementeprecisaechepuòessereosservatoancheadaltoredshift.Irisultatipreliminarididuegruppidiricercacheosservanosupernovaelontaneindicanosorprendentementechel'universononstarallentando,maaccelerando.Questofattopuòesserespiegatodallapresenzadiunacostantecosmologicapositiva,cheineffettiagiscecomeunaforzarepulsiva.Inquestocaso,l'etàdell'universosarebbepiùgrandediquellastimatafinora,risolvendoognieventualecontraddizioneconl'etàdellestellepiùvecchie.Inoltreleproprietàdelladistribuzionedellegalassiesonomegliodescrittepropriodaqueimodellicheincludonolacostantecosmologica.

Nellafisicamoderna,lacostantecosmologicavieneinterpretatacomeunamanifestazionedell'energiadelvuoto.Infatti,ilvuotonellafisicaquantisticanonèil"nulla";haproprietàbenpreciseedèpopolatodaparticelle"virtuali".Seirisultatidelleosservazioniverrannoconfermati,lacostantecosmologicadominerebbel'energiadell'universo.Lamaggiorpartedell'energiarimanentesarebbedovutaallacomponenteoscura,mentrelamateriavisibilecostituirebbesolounafrazionetrascurabile.Paradossalmente,ilvaloreosservatodellacostantecosmologicaèpiccolorispettoalnumeroenormepredettodallafisicadelleparticelle.Dunquevièancoramoltolavorodafaresiadalpuntodivistasperimentalecheteoricopercomprenderelanaturadiciòchecontribuisceall'energiadell'universo.

LeggereilCielo

IntroduzioneallacosmologiaAlbertoCappiHome

Introduzione


IlBigBang


Altriuniversi?

Letture


LateoriadelBigBanghaavutomoltisuccessi.Essanonrappresentaperòlateoriafinale,poichélasciasenzarispostauncertonumerodiinterrogativi,legatisostanzialmentealfattocheassumecomecondizioniinizialialcuneimportantiespecificheproprietàdelnostrouniverso.

Inprimoluogo,lacosmologiaclassicaassumecomecondizioneinizialelapresenzadifluttuazionididensitàinununiversochevieneperaltroconsideratoomogeneo,enondicechecosahageneratoquellefluttuazioni.

Figura2.Mappadelcielochemostralepiccolevariazioniditemperaturanellaradiazionecosmicadifondo,misurateperlaprimavoltadaunsatellitedellaNASA,COBE,nel1992.Questevariazionisonolatracciafossiledellefluttuazionididensitàesistentiquandol’universoavevapochecentinaiadimigliaiadianni,chehannopoiportatoallaformazionedellegalassie.

Vièpoiilcosiddettoproblemadell'orizzonte:laradiazionedifondoprovenientedadirezionioppostedelcielohaavutooriginedaregionidell'universochefindall'iniziosonosemprestateseparate.Alloraperchéhannolastessatemperatura?

Unulterioreproblemaèquellodella"piattezza"dell'universo:ilrapporto fradensitàdell'universoedensitàcriticarisultamaggioredi0,1enonpuòesseresicuramentedimoltosuperioreall'unità.Ilproblemaèchevarianeltempo,eseoggidifferisceda1ancheperunfattore10,nelpassato dovevavalere1conunaprecisionestraordinaria.Questospiegailpregiudiziodigranpartedeiteoriciafavorediununiversocheabbiaesattamenteladensitàcritica,elacuigeometriaèquellaeuclidea(universopiatto):intalcaso rimaneugualea1atutteleepoche.Maperchéilvaloredi dovrebbeproprioesserequasiuguale,senonugualead1?

Infine,lafisicadelleparticelleelementariprevedechenelleprimefasidivitadell'universosisiaformatounnumeroenormedimonopolimagnetici,chedovrebbedominarela

densitàdell'universo,incompletocontrastoconleosservazioniecolfattochenonèmaistatorivelatosperimentalmentenessunmonopolomagnetico.

L'ideacheciportaoltrelateoriastandarddelBigBangechepermettedirisolvereinunsolcolpotuttiquestiproblemièquelladell'inflazione.Supponiamoche,nellesueprimefasidivita,l'universoabbiaattraversatounafasediespansionerapidissima,esponenziale.Intalcaso,unapiccolaregionedispaziosisarebbepotutagonfiareenormemente,finoadassumerequelledimensionicheoggihailnostrouniverso.Lediverseregionidell'universoosservabilesarebberostateincontattonelpassato,equestospiegherebbel'altogradodiisotropiadellaradiazionecosmicadifondo.Inoltre,l'espansionerapidissimaavrebberesopiattalageometriadell'Universo(lasuperficiediunpalloneciappareevidentementecurva,masegonfiamoquestopallonefinoalledimensionidellaTerra,lasuacurvaturadiventamenopercepibile,enonèuncasochel'umanitàperlungotempoabbiacredutolaTerrapiatta).Infine,imonopolimagnetici,perquantonumerosi,sarebberostatienormementediluiti,atalpuntochenell'interouniversooggiosservabilenondobbiamoaspettarcidiosservarne.Alcontrario,lamateriacheèoggipresentenell'universosisarebbeformatadopolafinediquestaespansioneesponenziale,eperquestomotivononsarebbestatadiluitacomeimonopoli.

QuestoquadrogeneralehaunasuagiustificazionefisicanellemoderneteoriediGrandeUnificazione,maoccorresottolinearechenonnediscendenecessariamente.Inoltresonostatiprodottidiversiscenarinelquadrodell'inflazione,eognunodiquestihaisuoiproblemi.Infine,nonvièsostanzialmentelapossibilitàdiserieverificheosservative(anchesel'andamentodellefluttuazioniditemperaturanellaradiazionecosmicadifondoèconsistenteconquantopredettodall'inflazione).L'ideadiun'espansioneesponenzialedell'universoècomunquefinoral'unicachepossarisolvereiproblemiprecedentementeelencati,edèconvinzionediffusafraicosmologichepossaesseresostanzialmentecorretta,ancheselesuecausefisichepotrebberorivelarsidiversedaquelleoggipiùaccreditate.

LeggereilCielo


Introduzione


IlBigBang


Altriuniversi?

Letture

Altriuniversi?

Secondoilprincipiocopernicano,noinonsiamoosservatoriprivilegiatinell'universo.Altempostesso,noncitroviamoinunpostoqualunque,maattornoadunastelladitipoGvecchiadialcunimiliardidianni,suunpianetaconl'acquanelletrefasi,solida,liquidaegassosa,epotremmoaggiungeremoltealtreproprietàche,siritiene,sianoessenzialiallosviluppodellavitacheconosciamo.Considerazionidiquestotipohannoportatoadenunciareilcosiddettoprincipioantropicodebole:ivaloridituttelequantitàfisicheecosmologichenonsonougualmenteprobabili,masonovincolatidalfattochedevonoesistereluoghiincuilavitabasatasulcarboniohapotutoevolvereechel'universodeveessereabbastanzavecchiodaaverpermessoquestaevoluzione.Inquestasuaforma,essenzialmentenoncontroversa,essopermettedigiustificarealcunecoincidenzenumerichechesembrerebberoaltrimentisorprendenti,enotateasuotempodalfisicoDirac.

Taluniperòsisonospintipiùinlà,dandounaformulazionefortedelprincipioantropico:l'universodeveaverequelleproprietàcheconsentonolosviluppodellavitaintelligenteinqualchemomentodellasuastoria.Ineffetti,lecostantifondamentalidellafisicahannovaloriche,secambiatianchedipoco,nondarebberoluogoallecondizioninecessarieperlanascitadellavita.Inquest'ottica,escludendolavisionefinalistica,chechiuderebbeperdefinizioneognidiscussione,vièun'ipotesiabbastanzapopolareattualmentefraicosmologi,quelladell'esistenzadiuninsiemediuniversi,incuilecostantidellafisicaassumerebberovaloridiversi.UnataleipotesipotrebbeessereinquadratanelloscenariodiuniversocaoticoinflazionisticopropostodalfisicorussoAndreiLinde,doveilnostrouniversoèuna"bolla"fratantealtre.Secondoquestaversionedelprincipioantropico,ilnostrononsarebbealtrocheunofragliuniversipossibili,emagariditiporarissimo.Perciònoinondobbiamostupircicheilnostrouniversoabbiaproprietàapparentementemirateallanostraesistenza:glialtriuniversichenonhannoquesteproprietànonpotrannomaiessereosservatidanessuno.

Sipuòconstatareinquestespeculazioniuncambiamentodiattitudinefilosofica.Ineffetti,all'epocadellacosmologiaclassicaedeldibattitofrateoriadellostatostazionarioeBigBang,laconvinzionedeicosmologieracheconlateoriadellarelativitàgeneralesipotessearrivareadunadescrizionedell'universonellasuatotalità.Oraperò,nelcorsodiunprocessocheègiàavvenutoinpassato,adesempioquandosièscopertochelanostragalassianonrappresentaval'interouniversomachecertenebuloseeranoaltregalassie(nonacasobattezzateperuncertoperiodouniversi-isola),siaffaccial'ipotesidell'esistenzadialtriuniversi,conproprietàdifferentidalnostro.Ciòsignifica,allora,chenellacosmologiascientificachiamiamouniversoqualcosachenonèlatotalitàdiciòcheesiste(lasciandopoidaparteogniriferimentoallacoscienzaealproblemadellamente,cheandrebbeinclusoinunaspiegazione

dell'universoinsensofilosofico).

Figura3.Graficoriassuntivodell’evoluzionedell’universo,dovevienerappresentatalavariazionedelledimensionidell’universoinfunzionedeltempo,esonosegnatiglieventiprincipalidellastoriadelcosmo.

Aldilàdiquestidiscorsiaffascinantimaaltamenteipotetici,èchiarochelacosmologiadelXXIsecoloèdestinataanuoviprogressi,perglistessimotivichehannodeterminatoisuccessidellacosmologiadelXXsecolo,ovverodaunlatolacostruzionedinuovastrumentazioneedigranditelescopi(probabilmenteneverràlanciatounonellospazioconundiametrofrai6ei10metri),dall'altroglisviluppidellafisicateoricache,secoronatidasuccesso,ciconsentirannodirispondereamoltiinterrogativioggisenzarisposta.

LeggereilCielo


Introduzione


IlBigBang


Altriuniversi?

Letture

Letture

J.D.Barrow,Teoriedeltutto.Laricercadellaspiegazioneultima,Adelphi,1992;

S.Hawking,DalBigBangaiBuchiNeri,Rizzoli,Milano,1988;

M.Rees,Primadell'inizio.IlnostroUniversoeglialtri,RaffaelloCortinaEditore,Milano,1998;

H.Reeves,Dernièresnouvellesducosmos,ÉditionsduSeuil,Paris,1994;

H.Reeves,Lapremièreseconde,ÉditionsduSeuil,Paris,1995;

H.Reeves,L'evoluzionecosmica.Lastoriadellanaturadallaoriginiadoggi,Rizzoli,Milano,1993;

L.Smolin,Lavitadelcosmo,Einaudi,Torino,1998;

S.Weinberg,Iprimitreminuti,Mondadori,Milano,1986.

LeggereilCielo

EsperienzedidatticheAngelaTurricchia

Introduzione

Suggerimentididattici

Conclusioni

Testiintroduttiviedivulgativi

Lettureperlascuoladell'obbligo

Letture

Introduzione

Questepaginevoglionopresentarealcunispuntididatticiutilizzabilinelleclassiechesonofruttodiun'esperienzadilavorodidiversiannicomeinsegnantedell'AulaDidatticaPlanetariodelComunediBologna.

Leesperienzepresentatedevonoesseremodificateeadattateasecondadellesingolerealtàdidattichee,soprattutto,asecondadeidiversilivellidiapprendimentodeglistudenti,masuquestononc'èdubbioche,propriotenendocontodellesingolecompetenze,gliinsegnantisannoeseguireleopportunecorrezioniemodifiche.

L'astronomiainquantomateriaautonomanonèpresenteinalcunordinediscuola,losvolgimentoditemilegatiadessaèinveceargomentopertuttiigradiscolastici,dalleelementariallesuperiori.Nessunodinoiadultihapiùl'abitudine,enemmenolanecessità,diosservareilcieloperorientarsi,perdedurrelapossibilitàchealcunifenomenihannodiripetersi;èmoltopiùsempliceguardarelatelevisioneocomunqueaspettarechequalcunociinformidell'accaderediundatoevento;lastessacosaaccadeairagazziniinetàscolarechenonosservanonemmenoilmotodeiduecorpipiùevidentipernoi,cioèilSoleelaLuna.Questiduecorpisonofacilmenteosservabili,fannopartedellanostravitaquotidiana,scandisconoehannosemprescanditoiltrascorreredeltempoedeglieventie,daunpuntodivistastorico,costituisconounottimoelementodiconfrontofraleconoscenzeanticheequelleattualieancheuntentativodiappropriarsidel"metodoscientifico"attraversounargomento,l'astronomia,chetantoaffascinaibambini.

LeggereilCielo


Introduzione


Orientamento

Distanze,dimensionieriproduzioniinscala

DimensionidelSole

Lemacchiesolari

Ifusiorari

LaLunaelesuefasi

Lestagioni

Conclusioni



Letture


Orientamento

Unodeitemifondamentali,soprattuttonellescuoleelementari,machevieneripropostointuttiilivelliscolastici,èl'orientamento.Moltospessosiusailmetododiintrodurreipunticardinaliattraversolostudiodell'ombradiunbastonedopoaverosservatoilmotoapparentediurnodelSole.InrealtàinquestaoperazionesidàperscontatocheilbambinosappiagiàcheilSolesembrapercorrerecamminidiversiingiornatediverse;pochevolte,primadiquestaesperienza,vienefattoosservareairagazziilfattocheilSolenoncisembrasorgeredallostessopuntosull'orizzontedurantel'anno.Questoèconfermatodalfattochemoltiragazzi,almenotraquelliacuihopostoladomanda(212bambiniditerzaelementaredurantel'annoscolastico98-99echequindifrequentanoilPlanetario),nonsembranonotareunavariazionedell'altezzadelSolesull'orizzonteduranteunanno:questodatomisembrasignificativoinquantociricordala"nonosservazione"ocomunquelascarsaosservazionediunodeipiùsemplicifenomeninaturali.CredosiaquindiimportantefarprimaunlavorodiosservazionedelSoleingiornatediverse,maallastessaoraesolosuccessivamenteintrodurrel'osservazionedelSoleduranteleoreattornoalmezzogiornoperportareibambinialladeterminazionedellalineameridiana.Lognomoneusatohaleformepiùdiverse:daunsemplicebastone,aunbastoneappuntitooancoramegliounbastoneconall'estremitàunabarrettametallicaconunforo;inquest'ultimocasol'immagineluminosadelforocipermettedistudiareilmotoapparentedelSoletentandodieliminare,ilpiùpossibile,glieffettididiffrazione.Riprodurreinunascuolamediaoinunascuolasuperioreilpercorsoconlognomoneè,amioavviso,discutibileeforsepocoproduttivo:iragazzisistancanoesiannoianodisituazionigiàviste.Ritengoperòquestounconcettoimportanteelasuariproposizioneinmodidiversipuòcostituireunmomentodiconsolidamentodiinformazionigiàacquisite.Èestremamenteutileaquestopropositoutilizzaremeridianeedorologisolarichesianopresentisulterritorio;nelcasodiBologna:lameridianadiSanPetronio,lecortidelquartiereSavena,lameridianapostasulmurodiunacasadiviaSanVitale,inmododaspingereiragazziadosservare,utilizzando,equindiappropriandosi,diunodeglielementifondamentalidelmetodoscientifico:l'osservazione.Proprioperquestol'osservazionedelmotoapparentedelSolenell'arcodiungiorno,mapoianchenell'arcodell'anno,puòesseresvoltanelseguentemodosenzadoverperforzaricorrereadunostrumentoeaunmetodogiàusatocomequellodellameridiana.Bastaavereadisposizioneunascatoladascarpeo

ancoramegliounascatoladicompensato,internamentescuraeopacaeperfettamentechiusa.Suunapareteinternadellascatolasiappoggiaunfogliodicartafotosensibile(ovviamentel'operazionedisistemazionedellacartafotosensibilevafattaalbuio),sullapareteoppostasièfattounforellinosenzasbavatureditre-quattromillimetri.SicercaunafinestracondavanzaleespostoaSud,sitracciasuldavanzaleilcontornodellascatolainmododapoterlaspostaremantenendolastessaposizioneesiesponelascatolaalSoleunavoltaogniora(ilperiodopuòesseresceltodairagazzi)percircatre,quattrominuti(ilforovascopertodopochelascatolaèstatamessainposizioneecopertoprimadispostarla).LaluceSole,entrandoattraversoilforo,lasceràunatracciasullacartasensibilesulfondodellascatola.Allafinedellagiornatapotremo,albuio,levarelacartaefarlasviluppare(bastametterlanelfissaggiosenzafaretutteleoperazionidistampadiunafotografia).AvremotuttaunaseriedigrossipunticherappresentanoilmotodelSolenellagiornataconsiderata;ipuntipossonoessereunitifinoadottenereunacurva.L'esperimentopuòessereripetutoinperiodidiversidell'anno,maperfarequestoavremobisognodipoterriprodurreconestremafacilitàlaposizionedellascatolaaltrimentidiventacomplicatalariproduzionedell'esperienzastessaeilconfrontodeidati.Sipuòcosìmisurareil"cammino"delSoleduranteun'oradirettamentemisurandoladistanzafraduemacchiesuccessivelasciatedalSolesullacartainduemisurazionisuccessive.Lostrumento,invecediesserepostosuundavanzale,puòessereposizionatosuunpiedistalloinclinatoinmododatenercontodellalatitudinegeograficadelluogo,inmodotalecioèchel'assedellostrumentopuntiversolaPolare.Ripetendol'esperienzainperiodidiversidell'anno(finesettembre,gennaio,marzo,finemaggio)otterremounaseriedipuntichedannoorigineacurvecherisultanoesserediverse.QuestoservearibadireilconcettocheilSolenonsitrovasempreallastessaaltezzasull'orizzontenell'arcodell'anno.Aquestopuntosipuòprocedereconlacostruzionediunameridiana,diunorologiosolare,diunquadrante,chepermettal'applicazionedialcuniconcettigiàacquisiti.Chiaramentequesteultimefasisonopiùsemplicementefattibiliconragazzidellescuolemedieemediesuperiori,dovediventaargomentofondamentaleneicorsidigeografiaastronomicailconcettoditempo.Perunragazzodiscuolaelementare,eperalcuniversianchediscuolamedia,èfondamentaleilconcettodimezzogiornolocaleperpermetterglidiaffrontareundiscorsosulleconvenzionimentrequandoparliamoaragazzidellesuperioridiventanoimportantialtriconcetti,ammessocheiprimisianogiàstatiacquisiti.Periragazzidellesuperioripuòessereinteressanteinvececostruireunsestanteeprocedereaunamisurazionechetengacontodeglierroridimisura.Unaesperienzadiquestotipoèstatapresentataallamostra"QuandoilSolesinasconde"dagliinsegnantiE.BaiadaeM.Baldazzieseguitacondueprimeclassidell'ITISBelluzzidiBolognaduranteleoredellaboratoriodiFisica(attualmenteunasceltadeilavoridellamostraèvisibileinhttp://www.pd.astro.it/solescuro).Inquestaesperienzalafantasiaelacreativitàdeiragazzisièsbizzarritanellacostruzionedistrumentieseguiticonmaterialimoltodiversi.Inquestasituazione,incuigliinsegnantisonodocentidifisica,"scopodell'esperienzaèquellodiapprofondireiconcettiditeoriadellamisura;haperòildifettodiesseremoltolunga.Questoèunosvantaggioperchéspessoiragazziperdonospintaquandounlavorosiprotraetroppo,maèancheunpregioperchédàl'ideadiunlavorovero,chenonpuòesaurirsi,comeleesperienzedidattiche,nellospaziodei100minutidilaboratorio".Alloscopodiinvitareiragazziall'osservazionedelcielo,

anchenotturno,occorrechesappianoriconoscereigruppidistellepiùimportantiperl'orientamento,inparticolareCarroGrande,CassiopeaequindilaPolare.Puòquindiessereutilel'utilizzodiunsemplicestrumentocostituitodiduecerchi,unopiùgrandedell'altro.Nelpiùpiccolovengonodisegnatiigruppidistelledettiprima;ilsecondoinvecevienedivisoin24spicchisucui,inversoantiorario,vengonoscritteleoredelgiorno.Montatiunosovrappostoall'altroefermatidaun'asolametallicaattraversolaqualeguardarelaPolare,possonoruotarel'unosull'altro,permettendodiosservare,altrascorreredelleore,ilmotoapparentedelcielo.Èinpraticaunasemplificazionedelnotturnalecheèperòdipiùsempliceletturaperibambini,ancheperchésonopresentipochecostellazioniequindipiùfacilmenteidentificabilinelcielo.Lostessostrumentopuòpoiancheessereutilizzatoperl'orientamentoperché,traguardandolaPolaredalforo,permettediindividuareilPoloNordcelesteequindi,abbassandounaperpendicolaresull'orizzonte,ilpuntocardinaleNord.

Distanze,dimensionieriproduzioniinscala

Quandoparliamodisistemasolare,solopercitareglioggettipiùviciniallaTerra,moltodifficilmenteriusciamoacapireequindiafarcapireledistanze"reali"cheesistonotraivaricorpi,inumerihanno"troppizeri",sonocioètroppograndiperpoteresserevisualizzati.Inoltretuttelevoltecheglistudentiutilizzanounacartageografica,sonoabituatialavorarecondelleriproduzioniinscala;l'estensionediquestoconcettoancheadistanzeastronomicheèperloroquasiimmediato.Proprioperquestoritengoimportantetentaredidarealmenoun'ideadiquestivaloriinmodocheiragazzicapiscanocheleriproduzionichelorovedonodiquestioggettisuilibrinonsonoinscalaeinoltrecheledimensionidellaTerrarispettoaquelledialtricorpicelestisonotrascurabili.UnadelleprimerappresentazionichesipuòfareechebenesiprestaafarcomprendereledimensionirelativedeicorpicelestièdifareunariproduzionedelsistemaSole-Terra-Luna.

Tabella1.

Ritengoquestolavoroparticolarmenteadattoperragazzinidell'ultimociclodelleelementari,soprattuttoinquestoperiodoincuiabbiamoassistitodapocoall'eclissesolare,ancheperchépermetteunavvicinamentoaldiscorsodelledistanzeastronomiche.Nelleultimeclassielementariègiàstatafattalariduzioneinscalaequindiiragazzidovrebberoessereingradodiricostruirselaconabbastanzachiarezza(lascalapropostaèdi1a1miliardo).Ilpassaggiosuccessivodellariproduzioneinscaladituttoilsistemasolarecifacambiareledimensionisiadellospazionecessariopercostruirlochedellascala;sarebbepertantoutilecheiragazzieseguisserolorostessilariduzioneeproprioinquestocasodevonosaperegiàeseguireleproporzioni,strumentoenormementeutilizzatonellascuolamediainferiore.

Nelcasoinvecesianoragazzidiscuolaelementare,trannealcuneeccezioni,sipossonodareicalcoligiàeseguitielimitarsiadunarappresentazione.Inquestocasol'importanzadell'attivitàèlegataalfattocheciòchesicostruisce,chesiriproduce,tendeaesserericordato:laricostruzioneèquindiunmomentodiconsolidamentodelleconoscenzeacquisite.Ingenerelascalachesuggeriscoèdi1adiecimiliardi:questopermettedi"vedere"idiversicorpi,econtemporaneamentedivedereladistanzacomplessivacheèdicircaseicentometri;unascalamaggiorefaperdereilconcettodi"insieme"rendendoperòpiùvisibililedimensionideipianeti,unaminorepermettedivederemegliol'insieme,manonrendeapprezzabilelagrandezzadelledimensionideipianetistessi.

Tabella2.

Occorrericordareaglistudentil'unitàdimisuraincuistiamofacendolariproduzione.Alterminedell'esperienzairagazzinonavrannochiareledimensionireali,avrannoperòalmenoun'ideadellalontananzadicorpicelestipresiinesame.Èunargomentoparticolarmenteinteressantedaunpuntodivistainterdisciplinareperché,secomestiamofacendoinquestoperiodo,lariproduzioneavvienesullastradadiunacittà,ilposizionamentodeipianetipermetteunostudiodipalazzi,piazzedimonumentistoricichesitrovanolungoilcammino.Unodegliobiettividiesperienzedidattichediquestotipoèfarcomprenderechelospazioall'internodelsistemasolareèessenzialmentevuoto,quasituttalamateriaècontenutanelSole.

DimensionidelSole

Quellachepresentooraèunasempliceesperienza,giànota,particolarmenteutilizzabileinunascuolamediaoinunbienniodellescuolesuperiori.Inparticolareperlescuolemedieèunmododiapplicareleproporzioni,particolarmenteutilizzateinquestotipodiscuola,adun'esperienzapratica.Partiamodall'ipotesidiconoscereladistanzadelSoledallaTerraeusiamounsemplicetubochiusoadun'estremitàcondellapellicoladialluminio,maconunpiccoloforoalcentro.Dallaparteoppostaunacartasemitrasparente,possibilmentemillimetratainmododafacilitarelalettura.LalucedelSoleentraattraversoilforoeproduceunamacchialuminosadall'altraparte.Inversamente,possiamodarepernoteledimensionideldiametrosolareecalcolareladistanzaTerra-Sole.Asecondadell'etàdeiragazzicheeseguonol'esperienza,questapuòessereutilizzataperdimostrarecomedasemplicicalcolisipossanoottenererisultatiaccettabili.Lastessaesperienzapuòessereriprodottacontubidilunghezzadiversaottenendocosìdimensionidellamacchiadiverse:piùlungoèiltubo,

piùlarga,mapiù"sfuocata"risultalamacchia.Piùcortoèiltubo,piùnitidaèlamacchiaequindifacilmenteleggibilirisultanoesserelesuedimensioni.Nelprimocasoglierroridiletturaincidonomenochenelsecondo.Seiragazzisonodellesuperioriquestopermettediaffrontareildiscorsodell'erroreequindidelmetodopiùidoneoperottenerealcunitipidirisultati.

Figura1.MisuradeldiametrosolareD=distanzadalSole;L=lunghezzadeltubox=diametrodelSole;d=diametrodell'immaginesolaresulfogliodicarta.NotoDdaitesti,misurandodedL,possiamoricavarexdallasempliceproporzione:D/L=x/d

Lemacchiesolari

GlistudentisonoormaiabituatiapensarealSolecomeaunoggettofermo;l'ideachespessohannodifermo,èunpo'particolareperchéspessoperlorovuoldireanchestabile,chenonsimodifica.Sannoormaitutti,cheilSoleframoltotempo"sispegnerà",maquestosembranoritenereaccadràall'improvviso:nelfrattempoilSolestafermoerimaneugualeasestesso.Proprioperfarcomprendereche"l'esserefermo"èdiversodall'esserecostantenellaformaenell'aspettofisico,nascelapropostadiunlavorosullemacchiesolarisperimentatoquest'annoalPlanetariograzieallacollaborazioneconunostudentedifisicadell'UniversitàdiFerrara.L'ideaècheiragazziosservinoindirettamenteilSole(vienecosìintrodottaanchel'ideadiosservazionee"misura"indirettadiuncorpo).Perfarel'esperimentoabbiamoovviamentebisognodigiornatediSole,edigiornatenondiSolequieto,cioègiornateincuisianopresentisullasuperficiedelSolelemacchiesolari.Sipuntailtelescopio,ilfogliobiancodallaparteoppostadell'oculareesiosservasulfogliobiancol'immaginecheappare.Ilmomentodell'osservazioneèestremamenteimportanteinparteperchéspessoèilprimomomentoincuiiragazzivengonoacontattoconunostrumentoastronomicoequindil'osservazionepuòcostituireunmomentodirinforzodell'interesse.Proprioperquestoaspettodirinforzopuòessereancheunbuonmomentointermedioinunpercorsodiscienzeounmomentofinalediconclusionedell'attività:buonmomentoperognilivellodiscuola(l'esperienzaèstatafattaconclassifinalideitreordinidiscuola).Dopol'osservazionec'èunmomentodianalisidiimmaginipreparatedaaltri:diapositiveconimmaginidelSoleindiversigiorni.Leimmaginiproiettateinsequenzapermettonodivedereunospostamentodellemacchiesullasuperficiesolare.Dopounaltromomentodiosservazioniindiretta,sipuòpassareavisitareilsito

internetdovesonovisibilileimmaginieseguitedaastronomiprofessionistididiverselocalità.Questoultimomomentononècasualeodieffetto,puòservireadintrodurreomeglioaconsolidareleinformazionirelativeallarotazionediurnadellaTerra.Ineffettisitrovanoalcuneimmagini,mentrequelleprovenientidaaltripaesinonsonoancoravisibili.Ritengoquestomomentoestremamenteimportanteperché,vistol'inserimentodiquestopercorsoall'internodel'iterscolastico,serveperribadireconcettiprecedenti,masull'acquisizionedeiqualinonc'èpiùstataalcunaverificanéalcuncontrolloebensappiamo,comeinsegnanti,cheoleinformazionivengonoriprese,oppurevengonoinpartedimenticateeinparterimosse.

Ifusiorari

Èunargomentotrattatoessenzialmenteinquintaelementare,successivamentenonvienepiùripresoinnessunlivellodiscuola,dovevienecomunementedatoperacquisito.Inrealtàèunargomentochenascondenotevoliinsidieinquantoibambinisonoabituatialavorareconmeridianieparalleli,soltantoraramentelavoranoconrappresentazionicartograficheparticolari,quindifannofaticaacapireladifferenzafrafusiorariemeridiani.Perquestaattivitàèopportunocheiragazziabbianoacquisitoilconcettocheilmezzogiornoètipicodelpuntoincuicisitrova(bastaspostarsidiunpo'el'attimoèdiverso);eil"motodiurnodellaTerra".

Permettediaffrontarediversiproblemi,quali:problemadelpuntosullaTerraincuiconsiderareliniziodelgiornonecessitàdiaffrontarel'importanzadell'ideadiconvenzione

Inoltre,sottounargomentodiquestotipoc'èildiscorsodellaconvenzionalità,dellacomoditàancheeconomica,dialcunescelte.Proprioperquestocredocheperaffrontareunargomentodiquestotiposiapiùutilepartiredaunlavorostoricomettendoinevidenzaquindilanecessità,lacomoditàdellaconvenzioneequindil'utilitàdellaintroduzionediunnuovoreticolatocherisultanotevolmentediversodaquellodeimeridianiedaiparalleli.Aquestopropositoèutileunpiccolostrumentochepermettedisemplificarelaspiegazione.Costruzione:sipartedaunasemplicefotocopiadiuntestochecontengaunacartaconifusiorariequindiunarappresentazionerettangolare.Lasiarrotolaelasichiudealledueestremità:otteniamocosìunarappresentazioneinqualchemodocilindrica.Illuminandolaconunatorciaefacendolaruotaresipuònotarelavariazionedelleoreneidiversipaesi.CredochesiaimportanteaquestopuntoricordarechelaTerraèsuddivisain24fusiugualitraloro;inognifusol'oraèquelladelmeridianocentraledelfuso.Glieventualispostamentidellelineeottenuteechespessovediamoneilibrisonodovutiaaggiustamentidellesingolenazioniodigruppidinazionipersuperareproblemiinterni.

LaLunaelesuefasi

AltrocorpoparticolarmenteinteressantenelsistemasolareèlaLunacheèsicuramenteintriganteconilfattodiesserevisibilealleorepiùimpensabilidurantelagiornata.Ineffettiibambinidelleelementaripartonodall'ideachelaLunaèl'astronotturno,mentreilSolequellodiurnoenonsembranoavereosservatochelaLunalasivedespessoanchedigiorno.Questaèuna

osservazionechevasollecitata,nonèun'osservazionecheriescanoafareautonomamente,senonincasiparticolari;sembraquasichelaLunachevedonoduranteleorediurne,proprioperilfattocheapparebianca,nonsialastessachevedonodinotte.Proprioancorapersollecitarel'osservazione,unadellepropostechefaccioèquelladiosservarelaLunaduranteilgiornoedidisegnarecomelavedonotenendocosìquellochechiamanoundiariolunare.Questotipodiosservazioneèdecisamenteunlavorolungoecomplicato,inquantoiragazzidevonogiungereacapiredasolicheèimportantefissareilpuntodiosservazione,cheèimportantedeterminaredachepartedell'orizzontestannoguardandoenoncredochesiautiledaretroppiconsigli;occorreinvececheprocedanoperproveederrori,ancheperchéinquestomodogiungonoadosservazionisemprepiùaccurateaggiungendosempremaggioriparticolarialleinformazionicheacquisisconodaquesteloroosservazioni:adesempiounbambinodiquintaelementaremidiceva:"quandovedolaLunadimattinahasemprelapanciarivoltadallastessaparte".Èunapropostadidatticacheriservoaragazzidiquintaelementareodiscuolamedia,doveègiàstatasperimentata.Obiettivofinalediquestaesperienzaèchelaclasse,doponumeroseosservazioni,riescaadindicareunagiornataincuipossiamoosservarelaLunaduranteleorediurneepoitiraretutteleconclusionipossibilisucomeosservarelaLuna,qualeposizioneoccupanelcieloecomeorientarsiconlaLuna.Oltrecheabituarliall'osservazione,scopodell'esperienzaèavvicinarliallacomprensionedellefasilunaricherisultanoalterminedellavoroabbastanzachiare,soprattuttosealcuniconcettivengonosupportatidall'usodistrumenticomeiltellurio.,

Lestagioni

ArgomentoparticolarmentecomplicatosembraesserequellodellestagionichetroppospessovengonoliquidateneisussidiaridellescuoleelementaricomedovuteaunavicinanzaounalontananzadellaTerradalSolesenzatenercontochelarappresentazionepianadelfenomenoèdidifficileletturaegeneraerroridicomprensione.IlmotoorbitaledellaTerraattornoalSolealledimensionidelleimmaginideitestièunacirconferenza(ladifferenzadidistanzadell'afeliorispettoalperielioèirrilevantequandoledimensionidell'immaginecomplessivasonomassimo10cm)l'immaginechevediamoèperòvista"inprospettiva"equindirisultaschiacciataproprioagliequinoziequindiquestiappaiono,aunaletturasuperficiale,essereipuntiincuilaTerraèpiùvicinaalSole.MoltospessoinoltrelavicinanzaelalontananzadellaterradalSolevengonoindicaticomecausadellestagioni.Troppospesso,nell'affrontarequestoargomento,cisidimenticaequindilofacciamodimenticareancheainostriallievi,chequandoparliamodell'alternarsidellestagioniciriferiamoadunfenomenocheavvienenelsingolopaese,nellasingolalocalità,nelsingolo"emisfero"ecometaledeveessereesaminato.Ritengoutileaquestopropositol'usodelclassicotelluriooanchedellepallinedigommapiumailluminatedaunatorciaodaunacandela.Partendodallasituazioneincuil'assedirotazionedellaTerraèperpendicolarealpianodell'orbita,edesaminandoconiragazziqualiproblemiemergonosigiunge,perapprossimazionisuccessivealmotodellaterrarispettoalsole(oviceversadelSolerispettoallaTerra).Sonoesperienzebanali,diusocomune,leconclusionirisultanomoltospessomoltomenoovviediquelloche

avremmocreduto.Restacomunqueverocheun'esperienzadiquestotipo,chedeveessereovviamentesvoltainunambientetotalmentebuio,rimaneimpressanellamentedeibambini,comerimangonoancheimpresseleconclusionichesigeneranodalladiscussionesuccessiva.

LeggereilCielo


Home

Introduzione


Conclusioni



Letture

Conclusioni

Horiportatoalcunedelleesperienzechesvolgonormalmenteconiragazzinichevengonoalplanetario;ritengocomunquedidoverricordarecheèsempreestremamenteimportantel'osservazione:leipotesi,leverificheedeventualmenteleconclusioni,sonosempremomentisuccessiviall'osservazioneche,comeintuttoilmetodoscientificoèilprimoelementodellacatenadeduttiva;proprioperquestoèestremamenteimportantecheiragazzisiabituinoadosservare,nonaguardaresoltanto,lecosechelicircondano.

Questisuggerimentiovviamentepossono,comegiàvistoessereinseritiall'internodell'iterscolastico,propriosfruttandol'interdisciplinaritàdell'astronomia.Possonoquindiessereutilizzaticomestimolocheavvicinairagazziallostudiodialtredisciplinechepossonoessereconsideratepiùnoiose.Propriopertenercontodiquesto,gliargomentichehopresentatosonofattibiliintuttigliordinidiscuolaequindidadocenticonpreparazionimoltodiverse.Misuredellacostantesolare,metododiEratostene,calcolodelmotodeisatellitidiGioverichiedonochel'insegnanteabbiaunapreparazionefisicaequestoèestremamentedifficiletenendocontodiqualisonogliinsegnantichesvolgonolelezionidi"astronomia"all'internodellascuolaitaliana.Proprioaquestopropositoricordochel'astronomianellascuolaelementaresitrovaascavalcodimateriecomegeografiaescienze;lostessovalenellascuolamediainferiore;nellascuolamediasuperioreèall'internodeiprogrammidiScienzadellaTerraperibiennionell'ultimoannodeiliceinellapartedigeografiaastronomica.

LeggereilCielo


Introduzione


Conclusioni



Letture


P.Bianucci,Stellaperstella.Guidaturisticadell'universo,Giunti,Firenze,1997;

P.Bianucci,Natidallestelle.Unviaggionelcosmoallascopertadellenostreorigini,Simonelli,Milano,1997;

F.S.DelliSanti,Introduzioneall'Astronomia,Zanichelli,Bologna,1996;

J.Gribbin,EnciclopediaGarzantidell'astronomiaedellacosmologia,Garzanti,Milano,1998;

D.Malin,Universoinvisibile,Mondadori,Milano,1999;

J.Mitton,S.Mitton,Guidaallascopertadell'Astronomia,Idealibri,Milano,1999;

P.Morrison,P.MorrisonPotenzedidieci,Zanichelli,Bologna,1986;

S.Odenwald,TheAstronomyCafe,W.H.FreemanandCompany,NewYork,1998;

G.Romano,Introduzioneall'astronomia.Esercitazionieproblemiperlostudiodeifenomenicelesti,Muzzio,Padova,1993;

G.Romano,L'uomoeilcosmoattraversoantichetestimonianzeveneteevecchistrumenti,S.I.T.,DossondiCasier(Treviso),1997

G.Vanin,Atlantefotograficodell'Universo,Mondadori,Milano,1995.

LeggereilCielo


Introduzione


Conclusioni



Letture


AA.VV.,Ascuoladiluna.Miti,domande,immaginiestrumentiastronomiciperincontrarelaluna,Macroedizioni,Bellaria(Fo),1998;

AA.VV.,Ilcielosopradinoi,EdizioniEElle,Trieste,1993(daanni6);

E.Beaumont,M.R.Pimont,Iltuoprimolibrodellospazio,Larus,Bergamo,1998(perragazzi);

E.Bencivenga,Lafilosofiaintrentaduefavole,Mondadori,Milano,1997;

C.A.Böhm,Dall'astrolabioaltelescopiospaziale,EditorialeScienza,Trieste,1996;

Cappi,Elalucefu:nascitaedevoluzionedell'UniversodalBigBangallavitaintelligente,Attidell’XIMeetingAssociazioneAmicideiPlanetari,Bologna,1996;

J.Cole,D.Bruce,DentroilSistemaSolare,Mondadori,Milano,1996(daanni6);

T.Deary,B.Allen,LafamigliaScintilla:viaggiospaziale,EditorialeScienza,Trieste,1999(daanni8);

H.Ford,Ilmioprimolibrod'astronomia,Edicart,1999;

J.-L.HeudierLelivreduciel,Z'Editions,Nice,1995;

J.-L.HeudierLelivredelaLune,Z'Editions,Nice,1996;

M.Hoffman,Sole,Lunaestelle,Mondadori,Milano,1998;

F.Lorenzoni,Conilcielonegliocchi,Marcon,CittàdiCastello,1991;

M.V.Lugli,IlGirotondodellestelle.Lediecipiùbellefavolechehannodatoilnomeallecostellazioni,IlFiorino,Modena,1998;

M.V.Lugli,IlGirotondodellestelle2.Altrediecidivertentifavolechehannodatoilnomeallecostellazioni,IlFiorino,Modena,1999;

L.Miles,A.Smith,Unaguidacompleta.Astronomiaespazio,Usborne,1999;

J.Mitton,S.Mitton,Guidaallascopertadell'astronomia,Idealibri,Milano,1999;

G.Parmeggiani,Lanascitadeifusiorari,PlanetarioComunediBologna,Bologna,1999;

I.Ridpath,Mitologiadellecostellazioni,Muzzio,Padova,1988;

I.Ruchlis,Nonèvero,macicredo.Superstizionipopolarieveritàscientifiche,Dedalo,Bari,1997;

J.-P.Verdet,Atlantedelcielo,EdizioniE.Elle,Trieste,1996(daanni6/7);

J.-P.Verdet,Ilcielo.Caosearmoniadelmondo,L'Unità,Roma,1993;

J.-P.Verdet,Ilcielo,ilsoleeilgiorno,EdizioniE.Elle,Trieste,1989(daanni6);

J.-P.Verdet,R.Mettler,Pianetiasorpresa,EditorialeScienza,Trieste,1999(daanni6);

J.-P.Verdet,Stelleasorpresa,EditorialeScienza,Trieste,1999(daanni6).

LeggereilCielo


Introduzione


Conclusioni


Letture

Letture

AA.VV.,L'Astronomianelsaperescientifico:unitinerariodidattico.QuaderniIRRSAECalabria;

W.Schröder,AstronomiaPratica,Longanesi,Milano,1967;

SchededidattichedelGiornalediAstronomia-Sait;

SchededidattichediJeanneBishop-Attidell'XImeetingnazionaledell'AssociazioneAmicideiPlanetari-Bologna,1996;

Laboratoriodididatticadellescienze-FacoltàdiScienze-UniversitàdiRoma"LaSapienza"Quaderni-acuradiNicolettaLanciano;

IlBollettino-IRRSAEUmbrian.3-ottobre1993(monograficosultempo);

LesCahiersClairaut-LesfichespedagogiquesduClea(perdiversilivellidiscuola);

1-2-3Internationalsummerschool-EuropeanAssociationforAstronomyEducation.

LeggereilCielo

Gliautori

Bartolini

Battistini

Bedogni

Benacchio

Bonòli

Cappi

Ciotti

Clementini

D'Ercole

Ferraro

FusiPecci

Marano

Origlia

Palumbo

Turricchia

Zitelli

CorradoBartolini

CorradoBartolini,docentediAstronomia,insegnaFisicadeiPianetieFisicaStellarepressol'UniversitàdiBologna.Sièinteressatodistellevariabiliestellebinarie;attualmenteèimpegnatonellaricercadicontropartiottichedi"lampigamma".

PierluigiBattistini

PierluigiBattistinièdocentediLaboratoriodiAstronomiapressol'UniversitàdiBologna.Lasuaattivitàdiricercaèstatarivoltaallostudiodellestelleedegliammassiglobulariedattualmentesioccupadiinformaticaapplicataall'astronomia.

RobertoBedogni

RobertoBedogni,astronomopressol'OsservatorioAstronomicodiBologna,studial'evoluzionedellestellenellefasifinalidellalorovitamediantelosviluppodimodellinumerici.Lasuaattivitàsirivolgeanchealladivulgazionedell'astronomianellescuolemediesuperiorirealizzandoipertestididattici.

LeopoldoBenacchio

LeopoldoBenacchioèastronomopressol'OsservatorioAstronomicodiPadova,dovesioccupadaanniditecnologieinformaticheperl'astronomiael'astrofisica.Dal1997èresponsabiledelprogettodididatticaedivulgazione"PrendileStellenellaRete!".

FabrizioBonòli

FabrizioBònoliinsegnaStoriadell'Astronomiaall'UniversitàdiBolognaedèresponsabiledelMuseodellaSpecola.ÈVicePresidentedellaSocietàAstronomicaItalianaeDirettoredelGiornalediAstronomia(edizioneitalianaedaraba).Sièoccupatodiricercheinastrofisicapermoltianniedattualmentelasuaattivitàèdedicataallastoriadell'astronomia.

AlbertoCappi

AlbertoCappihaconseguitoildottoratodiricercainastrofisicaall'UniversitàdiParigiXIedèastronomopressol'OsservatorioAstronomicodiBologna.Lasuaattivitàdiricercariguardaprincipalmentelostudiodegliammassidigalassieedellastrutturasugrandescaladell'universo.

LucaCiotti

LucaCiottihaconseguitoildottoratodiricercainastronomiapressol'UniversitàdiBolognaedèastronomopressol'OsservatorioAstronomicodiBologna.Isuoiprincipaliinteressidiricercasonoladinamicastellare(dicuitieneilcorsopressolaScuolaNormaleSuperiorediPisa)el'idrodinamicadelgasnellegalassieellittiche.

GisellaClementini

GisellaClementinièstataborsistadell'AgenziaSpazialeEuropea(ESA)pressoloSpaceTelescopeInstitutediBaltimora(USA).Attualmenteèastronomopressol'OsservatorioAstronomicodiBologna,dovesioccupadellostudiodegliammassiglobulariedellevariabiliRRLyrae,edellororuolocomeindicatorididistanzanell'ambitodelladefinizionedellascaladelledistanzeastronomiche.

AnnibaleD'Ercole

AnnibaleD'Ercoleèastronomopressol'OsservatorioAstronomicodiBolognaesioccupadisimulazioninumerichediidrodinamicaapplicateallenebuloseedalgasinterstellaredellegalassie.Lasuaattivitàsirivolgeinoltrealladivulgazionedell'astronomia.

FrancescoFerraro

FrancescoR.Ferrarohaconseguitoildottoratodiricercainastronomiaall'UniversitàdiBolognaedèastronomopressol'OsservatorioAstronomicodiBologna.SioccupadellostudiodellepopolazionistellarinegliammassiglobularinellanostraGalassiaenellegalassievicineeditecnicheosservativenell'otticoenell'ultravioletto.

FlavioFusiPecci

FlavioFusiPecci,astronomopressol'OsservatorioAstronomicodiBologna,sioccupadievoluzionestellareediformazioneedevoluzionedellaGalassiaedellealtregalassiedelGruppolocalenelquadropiùvastodellacosmologia.ÈDirettoredellaStazioneAstronomicadiCagliarieCoadiutoreScientificodellaStrumentazioneperilTelescopioNazionaleGalileo.

BrunoMarano

BrunoMaranoèOrdinariodiAstronomiapressol'UniversitàdiBolognaeDirettoredell'OsservatorioAstronomicoedelDipartimentodiAstronomia.Sioccupadellostudiodiquasaregalassie.

LiviaOriglia

LiviaOrigliahaconseguitoildottoratodiricercainastronomiaall'UniversitàdiFirenzeedèastronomodal1993,dapprimapressol'OsservatorioAstronomicodiTorinoedal1997pressol'OsservatorioAstronomicodiBologna.Si

occupadellostudiodellepopolazionistellarinellegalassieeditecnichestrumentalieosservativenell'infrarosso

GiorgioPalumbo

GiorgioPalumbodopoaverconseguitoildottoratodiricercaall'UniversitàdiCalgary(Canada)èstatoricercatoredelConsiglioNazionaledelleRicercheedèdocentediFisicaSpazialepressol'UniversitàdiBologna.

Sioccupadiradiazionecosmica,Supernovae,galassieegruppidigalassie,nucleigalatticiattivi,astrochimica.Èinoltremissionscientistperl'AgenziaSpazialeEuropea(ESA)sullamissioneperAstronomiaGammaINTEGRAL.

AngelaTurricchia

AngelaTurricchia,insegnantediMatematicaeFisica,dal1994èresponsabiledell'AulaDidatticaPlanetariodelComunediBolognaprogettando,svolgendoeverificandopercorsididatticipertuttiilivelliscolastici.

ValentinaZitelli

ValentinaZitellièastronomopressol'OsservatorioAstronomicodiBolognadovedaannigestiscelastazioneosservativadiLoiano.Siinteressadigalassieattiveeditecnicheastrofisicheperosservazioniottiche.

Leggere il Cielo - INAF OAS Bologna · 2. Brevi cenni di storia dell'astronomia 3. Breve e parziale...

Documents

Transcript of Leggere il Cielo - INAF OAS Bologna · 2. Brevi cenni di storia dell'astronomia 3. Breve e parziale...