Corso Base di Astronomia
Daniele Gasparri
Lezione 1, 15/03/2013:
- Introduzione all’astronomia
- Il Sistema Solare
- Oltre il Sistema Solare
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Che cosa è l’astronomia
L’astronomia è la scienza che studia l’Universo e tutti i corpi celesti in esso
contenuti. A seconda della disciplina si parla di:
- Astrofisica
- Cosmologia
Data la vastità e la complessità degli argomenti, l’astronomo professionista
moderno deve specializzarsi in una branca all’interno di queste due
discipline
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Chi è e cosa fa un astronomo?
L’astronomo è un investigatore del cielo; egli utilizza i dati raccolti dagli oggetti
per capire come funzionano e come si evolvono.
A cosa serve l’astronomia? Oltre alla personale conoscenza dell’uomo e
delle sue origini, vi sono risvolti più “pratici” nell’osservazione del cielo:
- Sviluppo di computer
- Camere digitali
- Internet
- Satelliti di navigazione, telecomunicazioni, previsioni meteo
- Impianti energetici (fotovoltaico, fusione nucleare)
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Chi è e cosa fa un astrofilo?
L’astrofilo è un osservatore del cielo a livello non professionale. Un astrofilo può
studiare l’Universo come un astronomo oppure limitarsi alla sua
contemplazione attraverso strumentazione amatoriale.
Per diventare un astrofilo non servono lauree o conoscenze particolari,
solamente curiosità e voglia di conoscere l’Universo sopra la nostra testa
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L’Universo: che cosa è
Dire cosa è l’Universo è semplice: tutto ciò che esiste.
Più difficile capire come funziona
Nell’Universo esistono:
- Pianeti
- Stelle
- Nebulose
- Ammassi stellari
- Galassie
- Ammassi di galassie
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L’Universo: come si può immaginare
L’Universo non è un ambiente statico e immobile.
Tutta la materia contenuta è in perenne evoluzione: non esiste la quiete
assoluta
L’universo può quindi essere pensato come un’entità in perenne movimento,
con delle energie oltre ogni possibile immaginazione
Per imparare ad osservare l’Universo è necessario essere consapevoli di quello
che si sta osservando, di ciò che si manifesta quando poniamo l’occhio in un
telescopio.
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Alcune grandezze dell’Universo: Dimensioni
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Alcune grandezze dell’Universo: Distanze
L’anno luce: un’unità di misura che sentiremo spesso!
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Alcune grandezze dell’Universo: Tempi
Tutto nell’Universo è in
movimento ed evoluzione,
ma su tempi molto diversi da
quelli “umani”
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Uno sguardo al sistema solare
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Il sistema solare: Il Sole
Stella di taglia media. Raggio di circa 700000
km, massa 333000 masse terrestri
Quale la sua densità?
Cosa rende possibile l’esistenza del sole?
Immensa centrale a fusione nucleare
Macchie solari e ciclo solare
Quanto tempo può vivere il Sole?
Che importanza ha per il sistema solare?
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Il sistema solare: Pianeti rocciosi
Mercurio, Venere, Terra e Marte.
Pianeti che possiedono una
superficie solida.
Mercurio è il più piccolo e vicino al
Sole
Venere è simile alla Terra quanto a
dimensioni, ma è il più caldo del
sistema solare a causa dell’effetto
serra prodotto dall’atmosfera
Marte è pianeta esterno, metà la
Terra ed il più simile.
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Il sistema solare: Luna
Costola della Terra, formatasi circa 4,5 miliardi di anni fa da un catastrofico impatto
Corpo celeste più vicino: distanza media 385000 km
Unico corpo celeste sul quale ha messo piede l’uomo
La Luna ci mostra sempre una faccia
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Il sistema solare: Luna
La Luna mostra il fenomeno delle fasi lunari:
mese lunare pari a 29 giorni e 12 ore
La sua superficie è solcata da macchie più
scure, chiamate mari e da grandi crateri da
impatto, segno del bombardamento subito circa
3,5 miliardi di anni fa.
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Il sistema solare: Asteroidi
Tra l’orbita di Marte e quella di Giove esiste
una fascia contenente milioni di corpi rocciosi
perlopiù di piccole dimensioni, chiamati
asteroidi.
Gli asteroidi sono residui fossili della
formazione del sistema solare: rocce antiche
circa 4,5 miliardi di anni.
Primo asteroide scoperto: Cerere, Giuseppe
Piazzi, 1 Gennaio 1801
Molti sono di forma irregolare, privi di
atmosfera e di composizione ferrosa
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Il sistema solare: pianeti gassosi
Giove, Saturno, Urano e Nettuno
Pianeti molto più grandi di quelli rocciosi,
composti quasi interamente di gas.
Giove è il più grande, ben 11 volte la Terra
Saturno è così leggero che potrebbe
galleggiare nell’acqua e possiede un
magnifico sistema di anelli
Urano e Nettuno si trovano a miliardi di
km e sono mondi estremamente freddi e
calmi, contrariamente a Giove, il più attivo
del Sistema Solare.
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Gli anelli nel sistema solare
Non solo Saturno, ma tutti i pianeti gassosi possiedono un sistema di anelli più
o meno complesso. Quale può esserne l’origine?
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I satelliti nel sistema solare
La Terra possiede un satellite naturale, la Luna, ma cosa possiamo dire degli
altri pianeti?
Marte: 2 satelliti piccoli, presumibilmente
asteroidi. Phobos e Deimos
Giove: 63 satelliti, di cui 4 principali, detti
medicei. Io, Europa, Ganimede, Callisto
Saturno: almeno 62 satelliti, il maggiore è
Titano
Urano: 27 lune, le maggiori sono Umbriel,
Titania, Oberon, Ariel
Nettuno: 13, di cui il maggiore è Tritone
Plutone: 4, il maggiore è Caronte
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Il sistema solare: Plutone e i pianeti nani
Pianeti nani: corpi celesti dalla forma
sferica o regolare, di cospicue
dimensioni.
Secondo questa definizione, Cerere,
l’asteroide più grande, è stato
classificato pianeta nano
Oltre l’orbita di Nettuno, Plutone è il
capostipite di una classe di oggetti,
detti oggetti di Kuiper o della fascia di
Kuiper, i cui componenti maggiori sono
classificati come pianeti nani e sono di
dimensioni simili alla Luna
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Il sistema solare: Oltre plutone
La fascia di Kuiper è una zona
simile alla fascia principale
degli asteroidi, contenente
corpi principalmente ghiacciati,
alcuni di cospicue dimensioni
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Il sistema solare: Oltre plutone
Oltre la fascia di Kuiper, dalla quale
provengono alcune comete periodiche, si
trova la nube di Oort, un immenso
serbatorio di piccoli corpi ghiacciati, detriti
della formazione del sistema solare.
L’estensione della nube di Oort è enorme,
tanto che si pensa che le propaggini più
esterne si possano trovare a metà strada
con la stella più vicina, Proxima Centauri
(distante 4,3 anni luce)
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Il sistema solare: Le comete
Corpi celesti di ridotte dimensioni,
composti quasi completamente di
ghiaccio, che evaporano
letteralmente quando, per
qualsiasi motivo, si avvicinano al
Sole
Le comete provengono tutte da
oltre l’orbita di Giove,
principalmente dalla fascia di
Kuiper o dalla nube di Oort. Cosa
spinge questi oggetti verso le
regioni interne del sistema
solare?
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Che cosa c’è al di fuori del sistema solare
Il Sistema Solare fa parte della Via
Lattea, o Galassia, un’immensa isola
contenente 200 miliardi di stelle e
distese sterminate di gas e polveri che
danno vita alle nebulose.
Al di fuori del nostro Sistema Solare si
aprono le porte del vero Universo
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Le stelle: che cosa sono
Ricordate il Sole? E’ una delle 200
miliardi di stelle della Galassia
Una stella è un’immensa sfera di gas
incandescente in perenne lotta contro
la sua stessa forza di gravità
Composizione chimica: idrogeno ed
elio, gli elementi più abbondanti
dell’Universo
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Le stelle: la fusione nucleare
Tutte le stelle brillano e quindi vivono grazie
alla fusione nucleare
Nelle parti interne ci sono temperature di
milioni di gradi e pressioni di miliardi di atm
Il gas si trova nello stato di plasma: protoni
ed elettroni
Gli urti tra le particelle sono così violenti che
esse si fondono invece di respingersi,
generando nuovi nuclei atomici (elio) ed
un’immensa quantità di energia
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Alcune curiosità sulla fusione nucleare
Senza la fusione nucleare non esisterebbe
alcuna stella
L’energia deriva dall’equazione E=mc2: la
massa si trasforma in energia
Nel Sole ogni secondo 5 milioni di tonnellate di
idrogeno si trasformano in energia
Le reazioni formano una catena, detta protoneprotone. Il tempo per la prima reazione, la
trasformazione di un nucleo di idrogeno in
deuterio richiede 10 milioni di anni! Per fortuna,
altrimenti il Sole sarebbe diventata un’immensa
bomba nucleare!
Un grammo di idrogeno = 11 tonnellate di
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carbone!
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Classificazione delle Stelle
Osservate ad occhio nudo le stelle hanno colori diversi: Perché?
Perché hanno temperature diverse!
Il colore di ogni stella dipende dalla temperatura dell’ultimo strato gassoso.
Stelle azzurre sono molto calde (30000°C); stelle rosse sono fredde (2000°C)
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Quanto vive una stella?
Le grandi e brillanti stelle blu vivono a mala pena per 10 milioni di anni
Il Sole, una stella media, vive per circa 10 miliardi di anni
Le stelle rosse, quindi fredde e di classe spettrale M vivono oltre 50 miliardi di
anni! Di fatto, l’Universo è troppo giovane per rendere possibile la morte di una
di queste piccole ma longeve stelle
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Evoluzione stellare: nascita di una stella
Prima di parlare della morte di una stella, bisogna
capire come nasce.
Tutte le stelle nascono da immense distese di gas
molto freddo, che comincia a contrarsi per effetto
della forza di gravità.
Quando la temperatura del nucleo sale oltre i 10
milioni di gradi la stella si accende e comincia la sua
vita
Da queste nubi fredde, dette anche nebulose oscure
o nubi molecolari, nascono decine di stelle, a volte
centinaia.
Il processo di nascita di una stella è abbastanza
rapido: qualche milione di anni
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Evoluzione stellare: morte di una stella, vita
nell’Universo
Tutti gli elementi di cui è composta
la Terra e tutte le forme di vita
provengono dall’interno delle
stelle.
Ogni atomo di cui siamo costituiti è
stato fabbricato nel nucleo di
qualche stella, in chissà quale
angolo della Galassia, miliardi di
anni prima della formazione del
Sole e del Sistema Solare
Siamo figli delle stelle!
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Prima e dopo le stelle: le nebulose
Le nebulose rappresentano l’inizio
e la fine delle stelle.
Dalle nebulose nascono tutte le
stelle, e tutte le stelle diventano
nebulose al termine delle loro vita.
Le nebulose sono immense distese
di gas, estremamente rarefatto.
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Classificazione delle nebulose
• Nebulose oscure: nubi di gas e polveri, molto
fredde ed invisibili. Possono essere estese decine
di anni luce. Da esse nascono le stelle
• Nebulose ad emissione: quando nascono le
stelle, non consumano tutto il gas della nebulosa
oscura. Se le stelle sono blu, di tipo spettrale O e
B, esse accendono la nebulosa che brilla di luce
propria con una tenue colorazione rosata
• Nebulose a riflessione: se le stelle nate dalle
nebulose oscure non sono molto calde, non
accendono il gas, ma lo rendono visibile per
diffusione, proprio come dei fari nella nebbia
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Classificazione delle nebulose
Dalla morte delle stelle si generano altre nebulose, più piccole
• Nebulose planetarie: sono gli strati
di gas espulsi da stelle simili al Sole al
termine della loro vita e resi luminosi
dalla luce della nana bianca centrale
• Resti di supernova: sono
letteralmente i pezzi di stelle molto
massicce scagliati nello spazio a
velocità di migliaia di km/s
dall’esplosione delle supernovae
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Gruppi di stelle: gli ammassi stellari
Le stelle tendono a nascere sempre
in gruppi e a seconda della densità e
della posizione nella galassia si
hanno:
• Ammassi aperti: giovani, con poche
stelle (meno di 1000), all’interno del
disco della galassia
• Ammassi globulari: antichissimi
(nuclei di condensazione prima delle
galassie?), composti da centinaia di
migliaia di stelle strettamente
raccolte
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Le galassie
Mattoni dell’Universo: immensi agglomerati
di gas e stelle che ruotano attorno al centro
con velocità di circa 200 km/s
Le Galassie contengono oltre il 90% della
materia dell’Universo
Giganteschi agglomerati di stelle e gas in
rotazione attorno al centro
Dimensioni tipiche di decine o centinaia di
migliaia di anni luce
Le galassie sono distribuite uniformemente
in tutto l’Universo
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Quante galassie?
Nell’Universo esistono circa 300 miliardi di galassie secondo le ultime ipotesi
Ogni galassia contiene circa 100 miliardi di stelle: Quante stelle?
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