Venerdì 13 febbraio 2009
prof. Francesco Barberis
“Ogni persona che si rallegra della vista
della creazione vivente e della sua bellezza
è vaccinata contro il dubbio che tutto ciò
possa essere privo di senso … La
familiarità con il bello è un ottimo antidoto
contro la convinzione erronea che soltanto
ciò che si può definire con esattezza e
quantificare sia reale.”
Konrad Lorenz
“Vi è qualcosa di grandioso in questa
concezione della vita, con i suoi diversi poteri,
originariamente impressi dal Creatore in poche
forme o in una forma sola; e nel fatto che,
mentre il nostro pianeta ha continuato a ruotare
secondo l’immutabile legge di gravità, da un
così semplice inizio innumerevoli forme,
bellissime e meravigliose, si sono evolute e
continuano ad evolversi.”
Charles Darwin
Non si può stare di fronte ad un cielo stellato
senza provare stupore, meraviglia ed
interesse
Anche per questa ragione da sempre gli uomini di
scienza hanno cercato di sondare e studiare il cielo,
uno scenario che ogni notte ritorna senza apparenti
modifiche con una ciclicità regolare e prevedibile
Nebulosa di Orione
Terra al centro dell’Universo
•
natura diversa dagli altri corpi celesti ( eterni e
immutabili )
• origine ed evoluzione dell’Universo ( nella
composizione e nelle dimensioni )
• stelle ( fatte di materia, nascono, evolvono e si
spengono )
• Terra ( le sue particolari caratteristiche
dipendono dal luogo, dal modo e dal tempo in cui
si è formata )
F = G m1* m2
r2
Insieme dei corpi in movimento che risentono in modo
apprezzabile dell’attrazione gravitazionale
Stella che produce autonomamente luce e altre
radiazioni elettromagnetiche
INTORNO si muovono 9 pianeti : corpi opachi, freddi,
traiettorie ellittiche intorno al sole e ruotano su loro
stessi ( rotazione e rivoluzione )
Distanza media 150.000.000 km
 corpo solido – rigido
 approssimativamente
sferico e piccolo se
confrontato con il sole
 diametro 12.750 km
Il Sistema Solare comprende quindi il SOLE, una
stella nana gialla, i PIANETI, corpi opachi dotati di un
movimento di rotazione intorno al proprio asse e di un
moto di rivoluzione intorno al Sole, i SATELLITI che
si muovono intorno ad alcuni pianeti, e una serie di
corpi minori ( comete, asteroidi, meteoriti )
Il Sole ed il Sistema Solare si sono formati contemporaneamente
circa 5 miliardi di anni fa.
Il Sole ha una temperatura superficiale di circa 6000 K e irradia una
quantità di energia pari a 3,9 * 1026 W.
E’ costituito prevalentemente da idrogeno ed elio, ma contiene anche
elementi pesanti come calcio, carbonio, ossigeno, azoto, ecc…
Il Sole è una stella normale
La sua massa (2x1030 kg) non è né troppo grande, nel qual caso il
Sole avrebbe vita troppo breve per accompagnare un’evoluzione
biologica)
né troppo piccola (la Terra finirebbe con il sincronizzare il proprio
moto di rotazione con quello di rivoluzione, distruggendo il clima
temperato e l’avvicendarsi delle stagioni)
La radiazione solare è relativamente stabile.Inoltre la maggior parte
della radiazione emessa dal Sole è alle lunghezze d’onda della luce
visibile (e questo dipende dalla temperatura della fotosfera)
Se il Sole fosse più freddo, emetterebbe la maggior parte della
radiazione all’infrarosso;
se fosse più caldo emetterebbe di più nell’ultravioletto
SE IL SOLE AVESSE UNA DIFFERENTE SUPERFICIE,
POTREBBE QUINDI ESSERCI UN FENOMENO IMPORTANTE
COME LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA?
Satellite della Terra
Corpi opachi di dimensioni
variabili legati per attraz.
gravitaz. ad un pianeta attorno a
cui rivoluzionano
Le STELLE, pur essendo distanti tra loro, risentono
dell’attrazione gravitazionale delle stelle circostanti;
per questo non sono isolate ma aggrappate in sistemi
detti GALASSIE.
Nelle galassie, le stelle si muovono compiendo una lenta
rivoluzione intorno al centro della galassia
BLUE MOON
Il sistema TerraLuna è un caso
anomalo, nel quale
le dimensioni del
satellite sono
paragonabili a
quelle del pianeta
compagno.
Se la Luna non
esistesse, o fosse
molto più piccola,
l’obliquità della
Terra varierebbe
caoticamente da 0°
a 85° rispetto al
piano dell’eclittica
Se noi pensassimo di considerare tutte le stelle che possono
essere racchiuse entro una sfera, avente il centro nel nostro Sole e
un raggio di circa 10 anni luce, ci accorgeremmo solamente della
presenza di una decina di altre stelle, la più vicina delle quali è Alfa
Proxima Centauri, distante dal Sole circa 4,5 anni luce (la sua luce,
quindi, impiega 4,5 anni prima di arrivare fino a noi).
Se noi aumentassimo il raggio della nostra ipotetica sfera a 100 anni
luce, potremmo racchiudere qualche migliaio di Stelle. Se il raggio
aumentasse ulteriormente, fino ad arrivare a 1000 anni luce, avremmo
qualche milione di stelle: queste, però, sarebbero una minima parte
delle stelle presenti nella nostra galassia, che ha un diametro di circa
100 000 anni luce e uno spessore, al centro, di 15 000 anni luce. Il Sole,
infatti, fa parte di una galassia contenente circa 100 miliardi di Stelle: la
via Lattea, ben visibile in estate, come una striscia luminosa che
percorre il cielo.
IL SOLE APPARTIENE ALLA VIA LATTEA
La Via Lattea contiene centinaia di miliardi di stelle
Ha una forma a spirale con un diametro di 1 miliardo di miliardo di miliardi di km
( diametro di 100.000 anni luce )
IL SISTEMA SOLARE SI TROVA IN UNA POSIZIONE ABBASTANZA
PERIFERICA E SI MUOVE INTORNO AL CENTRO DELLA GALASSIA
COMPIENDO UNA RIVOLUZIONE IN 225 MILIONI DI ANNI
( galassie satelliti
della Via Lattea )
Appaiono come deboli chiazze luminose
Gruppi di galassie trattenuti da una
forza di attrazione gravitazionale
AMMASSO DELLA VERGINE
• 60 milioni di anni luce da noi ;
• Circa 2000 galassie
In tre dimensioni
risulta essere
distribuito in un
raggio di oltre 30
milioni di anni luce
Particolare delle galassie più
lontane che finora sono state
osservate
HTS : Hubble Space Telescope
STELLE CON MASSA
GRANDE
Massa molto più grande del sole
( diciamo più di 10 volte).
La gravità prende il
sopravvento sulle altre forze e
nel nucleo si formano nuclei di
ferro grazie alla fusione
nucleare a catena che, stavolta
non si ferma al carbonio (come
succedeva alla gigante rossa) ma
prosegue fino al ferro, grazie
alle temperature superiori
raggiunte. Quindi la stella si
viene a trovare in uno stato
molto inquieto e inizia ad
espandersi in modo
incontrollabile divenendo una
Supergigante rossa che viene ad
avere un diametro grande
quanto tutto il sistema solare.
Arrivati a questo punto però i nuclei di ferro non possono essere più
fusi, seguendo il processo di fusione visto fino ad ora, perché la loro
fusione non genera energia ma la assorbe. La catena di reazioni
nucleari si interrompe.
Le supergiganti rosse sono stelle aventi un core ferroso e le cui
temperature interne possono raggiungere 1 miliardo di gradi.
Il problema è che, nonostante questa grande temperatura, non vi è
emissione di energia (infatti manca la pressione di radiazione
nucleare) e quindi la stabilità è sempre più compromessa perchè
manca un contrasto alla gravità.
In una stella di questo tipo la densità raggiunge un miliardo di
grammi per cm3 .
Un cucchiaino di materia peserebbe un miliardo di tonnellate sulla
Terra.
Quando il nucleo diviene stracolmo di atomi di ferro la stella non
regge più alla pressione della gravità ed esplode in un modo
terrificante gettando nello spazio tutto quello che aveva creato
compresi gli atomi più pesanti, diventando una supernova.
Come se non bastasse la sua capacità di "creare" elementi non si arresta perchè,
se nel suo core non ha avuto le possibilità di produrre elementi più pesanti del
ferro come l'oro, l'argento, l'uranio, ecc., l'esplosione e l'immane temperatura
generata da essa, unitamente alla quantità inimmaginabile di radiazioni che
emana, è in grado di creare in un processo chimico complesso anche atomi di oro
e i restanti elementi della tavola periodica.
La tavola periodica, con tutti i suoi elementi compresi quelli del nostro corpo
come l'ossigeno, l'acqua e il carbonio solo per citarne alcuni non sono altro che il
prodotto di quelle combustioni nucleari che poi le supernove hanno "distribuito"
nello spazio.
Espulsi i materiali che circondavano la stella si crea quella che viene detta
residuo di supernova o nebulosa.
Residuo di Supernova
Nella regione fra Marte e Giove orbitano
numerosi oggetti celesti chiamati pianetini o
asteroidi. Il primo asteroide conosciuto è Cerere,
scoperto a Palermo da G. Piazzi il 1° gennaio
1801; altri tre, Pallade, Giunone e Vesta, furono
individuati fra il 1802 e il 1807.
Oggi sono stati catalogati più di 2000 asteroidi; la
maggior parte sono compresi fra Marte e Giove
(fascia asteroidale); pochi si trovano entro
l'orbita di Marte e oltre quella di Giove; uno,
Chirone, èè fra le orbite di Saturno e Urano.
Gli asteroidi sono corpi relativamente piccoli: Il
più grande è Cerere ed ha un diametro di 1000
km, ma la maggior parte degli asteroidi ha una
dimensione di pochi chilometri.
Discordanti i pareri sull'origine degli asteroidi:
alcuni li attribuiscono alla disgregazione di un
pianeta; altri ritengono, e questa è l'ipotesi piú
accettata, che si siano condensati nella forma
attuale dalla materia primordiale.
… e GIOVE:
I GIGANTI
BUONI
Questi due pianeti
hanno una massa
molto più grande
di quella della
Terra.
Giove, in
particolare, ha un
diametro dieci
volte più grande
di quello terrestre
e una massa 320
volte maggiore
La sua rapida crescita ha
influenzato la formazione dei
pianeti più interni.
Inoltre, per la sua massa,
ripulisce il Sistema Solare
dagli asteroidi.
Si calcola che il flusso di asteroidi (con un diametro di 10 km) sulla Terra
sarebbe 10 mila volte maggiore se Giove non si fosse formato o avesse
tardato la sua formazione.
Le conseguenze sarebbero state disastrose: sulla Terra non ci
sarebbero state le condizioni relativamente stabili di clima e
temperatura, che hanno favorito la presenza della vita sul Pianeta e
la sua evoluzione fino a forme evolute.
Lo studio delle galassie lontane è molto complesso a causa
dell’enorme distanza e della difficoltà di ottenere immagini
nitide.
Gli spettri delle galassie presentano un RED SHIFT cioè uno
spostamento delle linee spettrali verso le lunghezze d’onda
maggiori. Questo dimostra che le galassie si stanno
allontanando le une dalle altre ad una velocità che può essere
misurata mediante la legge di Hubble ( v = H d ). Il moto di
allontanamento è detto MOTO DI RECESSIONE. La
scoperta di questo moto induce a ritenere che l’ Universo sia
in espansione
Se immaginiamo di
tornare indietro
nel tempo, allora,
ci sarà un istante in
cui tutta la materia
presente nell’Universo
doveva essere
concentrata in un
“atomo primordiale”,
dalle dimensioni piccolissime,
(paragonabili a quelle di una pallina con cui gioca un
bambino piccolo), con un’enorme quantità di energia
Circa 15 miliardi di anni fa iniziò l’Universo: la sua origine
è descritta dalla teoria “HOT BIG BANG”. Ebbe inizio un
lungo processo di espansione che continua ancora oggi, con
l’effetto di raffreddare progressivamente l’Universo.
Un secondo dopo l’inizio dell’espansione l’Universo è
costituito da una miscela di particelle elementari, tra cui
protoni, neutroni, elettroni, fotoni, neutrini che
costituiscono il suo contenuto di materia e di energia. La
sua densità raggiunge i 10 kg/cm³ (come se centomila
uomini si stringessero in un cubo di un metro di lato).
La scala delle dimensioni dell’Universo è circa quella del
nostro Sole.
In queste condizioni e in accordo con la legge
di equivalenza tra energia e massa (E = m c²)
succede che le coppie di fotoni (raggi gamma)
si scontrano e si trasformano in una coppia
elettrone – positrone: la radiazione dà origine
a materia ed antimateria. Esiste quindi un
equilibrio tra produzione di coppie e di
radiazione
γ
γ
e-
e-
γ
γ
e+
Produzione di coppie
e+
Annichilazione
Dopo circa tre minuti, la temperatura dell’Universo è
scesa a un miliardo di gradi, la densità è pari a quella
dell’acqua (1g/cm³). La scala delle sue dimensioni è
aumentata fino a diventare circa cento volte più grande
del nostro Sole.
In queste condizioni possono avvenire i processi che
portano alla formazione dei nuclei degli atomi più leggeri.
La formazione di questi nuclei avviene in seguito alle
reazioni schematizzate nel grafico della diapositiva
successiva.
Un protone e un neutrone collidono e si uniscono a formare un
nucleo di deuterio. Un nucleo di deuterio può unirsi a un protone
per formare He3, oppure può unirsi a un neutrone per formare un
nucleo di trizio. In questo modo, combinando le specie che vengono
via via formate, si ottengono i nuclei atomici degli elementi più
leggeri nel processo noto come “nucleo sintesi cosmologica”.
Passati i primi tre minuti, l’Universo è troppo freddo
perché possano continuare a formarsi nuovi nuclei.
Circa il 30% dell’elio presente oggi nell’Universo è stato
creato in questi primi tre minuti ( questo fattore è una
prova a sostegno del BIG BANG perché senza questo
elio prodotto inizialmente, l’elio presente attualmente
nell’Universo deriverebbe dalle reazioni termonucleari
delle stelle e questa quantità sarebbe troppo elevata
rispetto alle previsioni, e non sarebbe distribuita in
maniera così uniforme ovunque. Questo è in accordo
con l’ipotesi che si sia formato nell’Universo
primordiale, prima della nascita delle stelle e delle
galassie )
Passati 300.000 anni dal Big Bang, l’energia si è
sufficientemente ridotta da consentire ai nuclei
atomici di catturare gli elettroni formando così gli
atomi neutri. L’Universo è ora trasparente alla
radiazione.
Avviene cioè il disaccoppiamento
radiazione – materia
La radiazione emessa dalla sfera di fuoco ad alta
temperatura si irraggiava in ogni direzione: pur diluita ed
indebolita (raffreddata) dall’espansione, quella radiazione
dovrebbe impregnare tutto l’Universo.
Nel 1965, per caso, due ricercatori del Bell
Telephone Laboratory nel New Yersey ( Penzias e
Wilson ) osservarono l’esistenza di una radiazione
di fondo, rilevabile con i radiotelescopi e in ogni
direzione dello spazio, corrispondente ad una
temperatura di circa 3°K (- 270 °C). Tale
radiazione residua è come l’ “eco” del Big Bang
Il satellite Cobe, messo in orbita intorno alla Terra nel 1989, ha tracciato una mappa che
mette in evidenza minuscole variazioni della radiazione di fondo. Le differenze di colore
rappresentano lievissime variazioni di temperatura (meno di un decimillesimo di grado
Kelvin).
Attraverso l’osservazione della radiazione è possibile studiare
direttamente le condizioni fisiche dell’Universo primordiale
Dopo la formazione degli elementi leggeri, la distribuzione
della materia dell’Universo in espansione porta alla
formazione di grandi strutture: galassie e ammassi di
galassie.
Se il parametro che regola la velocità di espansione
dell’Universo nei suoi primi istanti fosse stato di una
parte su dieci milioni più piccolo, l’Universo sarebbe
rapidamente
collassato su se stesso e non ci sarebbe stato il tempo per
la formazione di nessun oggetto stellare.
Se fosse stato più grande di una stessa quantità,
non si sarebbero potute condensare le galassie.
La dinamica del processo ha portato alla formazione di
galassie di vario tipo, tra cui quelle a spirale di cui un
esempio è la Via Lattea
Chi ha raggiunto lo stadio di non
meravigliarsi più di nulla dimostra
semplicemente di aver perduto l’arte del
ragionare e del riflettere.
MAX PLANCK