A. L. S. A.

 

Associazione Livornese Scienze Astronomiche

 


DISPENSA N. 44
ASTRONOMIA DI BASE (CORSO PER PRINCIPIANTI)
3
a LEZIONE - LA LUNA
(a cura di Antonio Mercatali)
 

Cominciamo ora a conoscere gli oggetti celesti che ci circondano: partendo dalla Luna passeremo al sistema solare per esaminare pianeti e Sole, poi le stelle, la Via Lattea e le altre galassie.

 

LA LUNA

E' l'unico satellite naturale della Terra ed anche il solo corpo celeste sul quale l'uomo ha posato il piede in quella data ormai storica del 21 luglio 1969, con la missione Apollo 11. L'equipaggio era composto da tre uomini: il comandante Armstrong, che fu il primo a sbarcare sul suolo lunare seguito da Aldrin, ed infine Collins che restò in orbita sul modulo lunare pronto a ricevere i due compagni per tornare sulla Terra. Con successive missioni ci furono altri sbarchi, ma va ricordata anche la sfortunata Apollo 13, che per un guasto dovette rientrare a Terra senza toccare il suolo lunare, riportando in ogni modo in salvo i tre uomini d'equipaggio. Com'è noto dall'episodio è stato tratto il famoso film "Apollo 13" con Tom Hanks.
La Luna è uno dei maggiori satelliti del sistema solare, con un diametro di 3.476 Km, una massa di 7.35 x 1022 Kg, densità 3,34 g/cm3 ed una forza d'attrazione al suolo molto bassa che è circa 1/6 di quella terrestre. La sua distanza dalla Terra varia da 356.400 Km quando è nel punto più vicino detto "perigeo", a 406.700 Km del punto più lontano, detto "apogeo"; la distanza media è circa 384.400 Km. La temperatura superficiale, a causa della mancanza dell'atmosfera, varia tra +120° e -150°.
Diversi sono i movimenti della Luna. Con il primo, "rotazione", compie un giro sul proprio asse in poco più di 27 giorni. Con la "rivoluzione" poi, in perfetto sincronismo con la rotazione, gira attorno a noi e perciò ci mostra sempre la stessa faccia. Con la "traslazione" infine, insieme con la Terra, ruota intorno al Sole. Inoltre è soggetta ad altri numerosi piccoli movimenti, i più notevoli dei quali sono nel senso della latitudine e della longitudine (le cosiddette "librazioni"), che ci permettono di vederne un po' più del 50%.
Il piano della sua orbita non combacia perfettamente con quello della Terra, ma è inclinato di circa 5°. Abbastanza di frequente Sole, Terra e Luna vengono a trovarsi su una stessa linea, ed è per questo che si verificano i noti e molto spettacolari fenomeni d'eclissi di Sole o di Luna, che possono presentarsi parziali, totali, anulari ecc.
Il sistema Terra-Luna costituisce un'anomalia nel sistema solare, a causa delle notevoli dimensioni del satellite (i rispettivi raggi sono Km. 6.378 e 1.738): infatti, se si esclude Caronte con un diametro che è circa la metà di Plutone, tutte le altre lune sono molto più piccole dei rispettivi pianeti.

 

LE ORIGINI

Attualmente sono accreditate quattro teorie sull'origine della Luna:

  • per "fissione", secondo la quale essa si sarebbe formata con il materiale staccatosi dalla Terra ancora calda e fluida in rapida rotazione. E' da notare che ogni teoria presenta degli aspetti convincenti ed altri meno: in questo caso è a favore la minore densità media del satellite formatosi con materiali più esterni e più leggeri, ma è difficilmente dimostrabile l'enorme velocità di rotazione che avrebbe dovuto provocare il distacco per forza centrifuga.
  • per "accrescimento": prevede che si sia formata con materiale sparso orbitante intorno alla Terra, mediante un processo simile alla formazione dei pianeti: abbastanza plausibile dal punto di vista dinamico, che non giustifica però la differenza di densità.
  • per "cattura": la Luna, già formatasi altrove, vagando nello spazio, sarebbe stata catturata dal campo gravitazionale della Terra restandovi in orbita. Si spiegherebbe forse la differenza di densità, ma resta poco credibile la "frenata" che avrebbe provocato il rallentamento della sua corsa, dissipando enormi quantità d'energia. D'altro canto l'esame delle rocce lunari, studiate dopo le missioni Apollo, hanno evidenziato caratteristiche chimiche e fisiche simili a quelle della Terra, il che dimostrerebbe che i due corpi si sono formati in regioni non troppo lontane tra loro.
  • per "impatto": un planetoide delle dimensioni di Marte avrebbe investito la Terra primordiale strappandole una parte del mantello, che insieme a dei frammenti del corpo impattante avrebbe formato la Luna. La teoria è credibile dal punto di vista dinamico e giustificherebbe anche le differenze di densità. Convince meno l'ipotizzata esistenza di un corpo vagante così grosso nei dintorni della Terra, ma d'altra parte se oggi il nostro pianeta ed il suo satellite costituiscono un caso anomalo, qualche anomalia deve pur esserci stata nelle loro origini. Pertanto al momento questa è la teoria più accettata.

 

LA COMPOSIZIONE

Abbiamo già affermato che la sua densità media è di 3,34 g/cm3 contro i 5,5 della Terra. Infatti, è formata totalmente da silicati e materiali affini, senza un nucleo pesante di ferro e nichel come c'è nel nostro pianeta. Tuttavia s'è accertata l'esistenza al suo interno di forti concentrazioni di massa (Mascon) formatesi probabilmente quando, allo stato ancora fluido, le hanno attirate verso la superficie le grandi forze mareali esercitate dalla Terra. Sono i "mascon" i responsabili del sincronismo della rotazione della Luna, ed anche delle irregolarità rilevate nelle orbite di alcuni satelliti artificiali che le hanno ruotato attorno.
Ancora controversa è l'esistenza di acqua, e, se ce n'è, potrebbe essere concentrata nel fondo di qualche cratere nelle zone polari. Comunque la Luna oggi è un corpo freddo, non luminoso (si rende visibile riflettendo la luce solare) e geologicamente inerte.

 

L'ASPETTO DELLA LUNA

Anticamente si credeva che la Luna, in armonia con la perfezione di tutti i corpi celesti, avesse una superficie completamente liscia con la presenza di diversi "mari", rappresentati dalle zone scure visibili ad occhio nudo. Fu Galileo, quando all'inizio del '600 rivolse al cielo il suo cannocchiale, che per primo scoprì le scabrosità della superficie, lasciandoci anche minuziose descrizioni sul variare dell'aspetto nelle varie fasi.
Può essere interessante analizzare il fenomeno delle fasi. Bisogna subito chiarire che se la vediamo sorgere a levante e tramontare dalla parte opposta, questo è dovuto esclusivamente alla rotazione della Terra su se stessa. Invece la rivoluzione lunare fa sì che ogni giorno essa si sposti verso est di circa 13° (360° / 27 giorni = 13.3°). Pertanto le successive posizioni che assume rispetto al Sole ce la fanno apparire diversamente illuminata. Quando essa tramonta di sera ci mostra la faccia buia e quindi non si rende visibile (fase di Luna nuova); se invece sorge al tramontare del Sole la vediamo completamente illuminata (Luna piena). Naturalmente si passa gradualmente da una configurazione all'altra attraverso le fasi intermedie del "primo" ed "ultimo quarto".
Oggi, anche con un piccolo telescopio, vi possiamo distinguere catene di montagne, innumerevoli crateri da impatto (ricordiamo che non essendoci atmosfera, ogni corpo vagante vi cade senza subire attriti che lo frenerebbero e consumerebbero), ed i famosi mari che sono delle pianure (asciutte!) di rocce basaltiche formatesi con la fuoriuscita di lava a seguito di violenti impatti asteroidali. I particolari della superficie lunare ci appaiono molto più evidenti quando ricevono la luce del Sole in modo radente, e ciò si verifica lungo la linea di confine della zona buia con quella illuminata che assume il nome di "terminatore". Questo è il motivo per cui, durante la Luna piena, il suo aspetto ci appare piatto e senza rilievi.

 

L'INFLUENZA DELLA LUNA SULLA TERRA

La presenza del satellite ha condizionato fortemente l'assetto della primitiva Terra. Grazie alla propria massa ha stabilizzato l'asse terrestre, favorendo la regolarità delle stagioni e lo sviluppo della vita. Numerose sono ancora oggi le influenze attribuitele, vere o presunte, sulla Terra, sugli uomini, su animali e vegetali. A prescindere da quelli scientificamente non dimostrabili, i fenomeni più evidenti sono le maree, indotte dalla sua attrazione sulle masse liquide degli oceani.
La Luna è stata probabilmente il primo calendario dell'umanità rendendo possibile la misura del tempo in mesi e settimane.

Livorno, Gennaio 2003

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DISPENSA N. 45
ASTRONOMIA DI BASE (CORSO PER PRINCIPIANTI)
4
a LEZIONE - IL SISTEMA SOLARE
(a cura di Antonio Mercatali)
 

COS'E' IL SISTEMA SOLARE

Il sistema solare è formato dal Sole, che è la stella a noi più vicina, e poi dai nove pianeti e da altri corpi minori che gli ruotano intorno. La nostra Terra è ovviamente uno dei nove pianeti, che, come gli altri, percorre un'orbita ellittica di eccentricità molto bassa, quasi circolare; un po' più allungate sono le orbite di Plutone e Mercurio seguiti da Marte. I periodi orbitali di ogni pianeta sono tanto più lunghi quanto più lontano esso si trova dal Sole (terza legge di Keplero).

 

LE ORIGINI

Le origini del sistema solare risalgono all'incirca a 4,6 miliardi di anni fa, quando, probabilmente per effetto dell'esplosione di una supernova, una nube interstellare composta di polveri e gas cominciò, ruotando su se stessa, a frazionarsi ed a comprimersi in nubi più piccole. Da una di queste si formò una nebulosa protosolare, nella quale la maggior parte di materiale si andava addensando verso il centro spinto dalla forza di gravità, aumentando nel frattempo la velocità di rotazione per effetto della conservazione del moto angolare. Il resto del materiale formò un disco appiattito che per successivi accumuli formò i pianeti. Nel nucleo del sistema in formazione, i gas si trovarono a temperature e pressioni così elevate, da innescare reazioni nucleari: era nata la nostra stella.

 

COMPOSIZIONE DEL SISTEMA SOLARE

L'oggetto più cospicuo è naturalmente il Sole, la stella senza la quale non sarebbe possibile alcuna forma di vita sulla Terra.. Partendo dal Sole troviamo una prima serie di pianeti, chiamati "interni" e che hanno corpi rocciosi: sono Mercurio, Venere, Terra e Marte.
Oltre Marte si estende un'ampia zona ove ruotano innumerevoli asteroidi, chiamati più propriamente "pianetini". Le loro dimensioni variano dai 1.000 Km di Cerere (il primo ad essere scoperto nel 1801) a quelle di un comune masso di qualche metro. Il loro numero è enorme, e se ne scoprono sempre di più: sono sottoposti ad urti fra di loro ed a bombardamenti meteorici, perciò sono costellati di crateri e vanno soggetti anche a frammentarsi. In ogni modo la loro massa totale è assai esigua, stimata intorno ad 1/30 di quella lunare. Questo fatto esclude che siano, come talvolta si è creduto, la materia per un pianeta "mancato" o frantumato. Si pensa piuttosto all'accumulo di residui cometari e di materiale protoplanetario sfuggito alla potente attrazione di Giove.
Allontanandoci ancora dal Sole troviamo ora una serie di pianeti, quelli esterni, di enormi dimensioni e costituiti quasi esclusivamente da gas: nell'ordine, sono Giove, Saturno, Urano e, Nettuno. Segue poi Plutone, roccioso e più piccolo della Luna, che dà dei grattacapi a chi vuole spiegarne le origini, tant'è vero che c'è stato chi voleva depennarlo dal suo posto tra i pianeti.
Oltre Plutone, che è lontano dal Sole 40 volte più della Terra (o come si dice più tecnicamente 40 Unità .Astronomiche.), si estende una vasta zona popolata da diversi miliardi di oggetti, grandi fino anche a 400 Km. Trattasi della cosiddetta fascia di Edgewoth-Kuiper, che prende nome dagli astronomi che ne avevano ipotizzata l'esistenza, basandosi sulla presunta provenienza delle comete a breve periodo e sulla frequenza delle loro apparizioni. Il telescopio spaziale Hubble ha poi confermato tale teoria, scoprendovi numerosi oggetti. Esiste poi anche la nube di Oort (sempre dal nome dell'astronomo che l'ha studiata), che è un enorme sferoide centrato sul Sole. In quel lontanissimo spazio (siamo arrivati a metà strada fra noi e Proxima Centauri, la stella più vicina al nostro Sole), esisterebbero centinaia di miliardi di potenziali comete a lungo periodo.

 

I PIANETI AL TELESCOPIO

A beneficio di chi non ha mai posto l'occhio ad un telescopio, vogliamo fornire un'anteprima su come i pianeti gli appariranno con uno strumento amatoriale di buona fattura.

  • Iniziamo la rassegna con Mercurio che è difficile da localizzare anche ad occhio nudo, perché piccolo e troppo vicino al Sole: non riveste perciò grande interesse per l'astrofilo. Non ha satelliti.
  • Venere è invece molto interessante: anche se non si possono scorgere particolari sulla sua superficie perchè è perennemente coperto da una spessa coltre di nubi, ha la particolarità (del resto come Mercurio) di mostrarci le fasi come la Luna. Infatti, essendo collocato tra noi ed il Sole, secondo la sua posizione ne vediamo il disco più o meno illuminato. Inoltre il suo diametro apparente varia notevolmente nel corso di una rivoluzione che è di circa 225 giorni. Non ha satelliti.
  • Marte, detto il pianeta rosso per il colore delle sue rocce. L'orbita, percorsa in 687 giorni, è piuttosto allungata e per questo motivo può capitare che il pianeta si avvicini relativamente alla Terra, consentendoci di vederne meglio i particolari, come le calotte polari ghiacciate o zone scure del disco. Ha due satelliti, ma sono troppo piccoli per essere alla portata di strumenti amatoriali.
  • Giove è molto bello: abbastanza grande da evidenziare particolari della sua atmosfera gassosa, tipo le bande equatoriali, ma più che altro per la presenza di quattro satelliti, scoperti da Galileo e da lui dedicati alla signoria dei Medici, da cui l'appellativo "medicei". Si presentano su una stessa linea ai lati del pianeta, ed avendo diversi periodi di rotazione, ognuno può apparire da un lato o dall'altro, o anche rendersi invisibile perché eclissato. Ha numerosi altri satelliti, invisibili ai telescopi degli astrofili.
  • Saturno: per molti, ed a ragione, è l'oggetto più bello del cielo, da far restare senza fiato chi lo guarda per la prima volta. Anche ad ingrandimenti modesti il sistema di anelli (sono molti, adiacenti uno accanto all'altro da sembrare uno unico) si staglia nettamente contro il nero del cielo abbracciando il disco del pianeta. Con buoni strumenti si possono scorgere anche 2 o 3 dei numerosi satelliti.
  • Urano e Nettuno, seppure molto grandi, a causa della distanza ci appaiono come piccoli dischi debolmente bluastri o verdognoli, mentre Plutone, non facile da rintracciare, ha in pratica l'aspetto di una piccola stella.

 

LE COMETE

Sono oggetti rimasti misteriosi per molti secoli, a causa delle loro imprevedibili apparizioni. Oggi sappiamo che sono costituite da rocce, polveri e ghiaccio e che provengono dalle remote regioni della fascia di Kuiper o dalla nube di Oort. Se ad un certo momento subiscono l'attrazione di uno dei grossi pianeti esterni, vengono deviate dalle loro orbite e talvolta iniziano un lungo viaggio verso il centro del sistema solare. A mano a mano che si avvicinano al Sole la loro temperatura sale, facendo sublimare i materiali volatili: questi vengono espulsi con forza, trascinando anche minuscole particelle solide. Si formano così splendide chiome e lunghe code visibili anche dalla Terra. Molte comete cadono sul Sole, altre lo aggirano e ritornano negli spazi di origine. Se non vengono ulteriormente deviate, le loro orbite si stabilizzano iniziando una serie di apparizioni periodiche. Dopo molti passaggi vicini al Sole, una cometa esaurisce il suo materiale volatile, trasformandosi in un inerte pezzo di roccia.

Livorno, Gennaio 2003

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DISPENSA N. 46
ASTRONOMIA DI BASE (CORSO PER PRINCIPIANTI)
5
a LEZIONE - LE STELLE
(a cura di Antonio Mercatali)
 

COS'E' UNA STELLA

Guardando il cielo in una notte limpida, possibilmente senza Luna, a mano a mano che l'occhio si abitua all'oscurità, vediamo tanti punti luminosi più o meno brillanti, talvolta di diverso colore fra loro. Sono ovviamente le stelle, oggetti luminosi uguali o simili al nostro Sole, ma enormemente più lontani.
Ogni stella è un'enorme sfera di gas incandescente, all'interno della quale, a temperature e valori di pressione elevatissimi, avvengono reazioni nucleari che normalmente, detto in parole molto semplici, bruciano idrogeno trasformandolo in elio e liberando energia sotto forma di luce e calore.

 

CATALOGAZIONE DELLE STELLE

Fin dalla notte tempi ogni civiltà ha dato nomi alle stelle, ed ha ravvisato nella loro disposizione sulla volta celeste delle fantasiose figure, dando vita alle costellazioni. Alcuni antichi cataloghi delle stelle più luminose sono giunti fino a noi, come ad esempio quelli Ipparco (2° sec. a.C.) e Claudio Tolomeo (2° sec. d.C.). Nel 1603 Johann Bayer pubblicò "Uranometria Nova" con circa 1600 stelle visibili ad occhio nudo suddivise per costellazione. La classificazione, in uso anche attualmente, identifica ogni stella con una sigla formata da una lettera minuscola dell'alfabeto greco (a alfa per la più brillante, b beta per la successiva, ecc.) seguita dal genitivo del nome latino della costellazione o dalla sua abbreviazione trilettera. Così Vega diventa a Lyrae, Aldebaran a Tau ecc. Successivamente sono stati creati numerosi altri cataloghi per comprendervi anche le stelle osservabili con strumenti ottici, tanto che oggi una stessa stella può venire designata con molte sigle diverse.

 

LE CARTE STELLARI

Le "Carte stellari", contenute in speciali "Atlanti del cielo", sono uno strumento utilissimo agli astrofili per individuare le stelle, le costellazioni e altri oggetti celesti. Le carte rappresentano zone della volta celeste ove naturalmente non vi figurano Sole, Luna e Pianeti perché la loro posizione varia nel tempo. Vi sono disegnate, come su una normale carta geografica, le coordinate celesti indispensabili per il puntamento dei telescopi (non assistiti da computer) mediante i cerchi graduati. Anche le varie riviste di astronomia riportano ogni mese una carta del cielo, che, anche se è meno dettagliata degli atlanti, serve benissimo al principiante per l'orientamento fra le costellazioni; inoltre, avendo limitata validità nel tempo, riportano anche la posizione dei pianeti.

 

LA MAGNITUDINE

Negli antichi cataloghi, le stelle erano classificate secondo la loro luminosità apparente, chiamata "grandezza" o "magnitudine" e indicata comunemente con la lettera "m". Le più brillanti erano di 1a m., quelle al limite della visibilità ad occhio nudo di 6a m.
Dalla seconda metà del 1800, con l'introduzione del fotometro che ha consentito misurazioni di luminosità più accurate, la scala delle magnitudini è stata estesa nei due sensi: verso numeri più alti (7, 8, 9 ecc.) per astri di qualunque natura più deboli, sia verso le magnitudini 0, -1, -2 ecc. per gli astri molto brillanti.
L'inglese Norman Pogson nel 1857 misurò che una stella di 6a m. è 100 volte meno luminosa di una di 1a. Quindi dedusse che se una differenza di 5 magnitudini comporta una luminosità maggiore o minore di 100 volte, da una magnitudine all'altra essa varia di

Sulla Terra, come tutti sanno, per misurare le distanze si usa il "chilometro".
Questa unità di misura in astronomia va ancora bene per esprimere le distanze dei pianeti più vicini, ma quando ci si allontana ulteriormente le cifre diventano troppo lunghe e difficili da gestire. Talvolta allora si ricorre alla forma esponenziale: per esempio 250 miliardi, normalmente scritto 250.000.000.000, diventa

250 x 109
(cioè 250 moltiplicato 10 alla nona potenza; in altre parole 250 seguito da 9 zeri)

In passato, via via che gli orizzonti dell'universo conosciuto si allargavano sempre di più, si sono adottate altre unità di misura che riepiloghiamo nel seguente elenco:

  • Km = 1000 metri, usato sulla Terra, dimensioni e distanze Pianeti
  • U.A. = 'Unità Astronomica' = 149.600.000 Km (più esattamente è pari a 149.597.870 Km), pari alla distanza media Terra - Sole, usata per le più lunghe distanze del Sistema Solare
  • Anno luce = 63.240 U.A. = 63.240 x 149.600.000 Km. = 9.461.000 milioni di Km. circa (più esattamente è pari a 9.460.716 milioni di Km.), usato in genere per distanze stellari e galattiche
  • Parsec = 3,262 anni luce. Distanza dalla quale un ipotetico osservatore vedrebbe Sole e Terra separati da un secondo d'arco. Si usa per le più grandi misure galattiche e intergalattiche. Esistono anche dei multipli quali Kiloparsec (mille parsec), Megaparsec (1 milione di parsec), Gigaparsec (1 miliardo di parsec).

Possiamo concludere che, per definire la distanza delle stelle, l'unità di misura più idonea è l'Anno Luce (abbreviato "a.l."). Quella più vicina al Sole è Proxima Centauri, nella costellazione del Centauro, valutata a 4,35 a.l.

 

STELLE VARIABILI, CEFEIDI E DOPPIE

Molte stelle si distinguono per particolari caratteristiche. Per esempio le "variabili" che, ad intervalli più o meno regolari, aumentano e diminuiscono la loro luminosità.
Talvolta si parla di "variabili ad eclisse": in effetti si tratta di due stelle, molto vicine da non poterle distinguere singolarmente, che ruotano intorno ad un centro di gravità comune. Quando esse si trovano allineate rispetto al nostro punto di vista (cioè l'una ci eclissa l'altra) in modo ciclico e regolare, la loro brillantezza complessiva ovviamente diminuisce per poi tornare a crescere.
Ma esistono stelle che effettivamente subiscono regolari variazioni di luminosità: ne sia un esempio la "
d Cephei", che è stata la prima ad essere studiata ed ha dato il nome di "Cefeidi" a questa categoria di astri. Nel 1911 l'astronoma statunitense Henrietta Leavitt scoprì che esisteva una precisa relazione tra magnitudine assoluta e periodo di variabilità. Pertanto quando era possibile stabilire, con il metodo della parallasse, la distanza che ci separa da una variabile relativamente vicina a noi, conoscendone la magnitudine apparente si poteva risalire agevolmente a quella assoluta. Di contro, per variabili troppo lontane per le quali non è possibile misurare la parallasse, si poteva percorrere la strada inversa per determinarne la distanza: il periodo di variabilità ne svelava la magnitudine assoluta e da questa, con il confronto con quella visuale, se ne calcolava appunto la distanza. La geniale scoperta ha contribuito in maniera determinante a fornire finalmente delle misure attendibili sulle distanze astronomiche. Basti pensare alla disputa nata nella prima metà del '900, se certe "nebulose" appartenessero o no alla Via Lattea: misurando la distanza di cefeidi contenute nelle Nubi di Magellano si concluse che erano talmente lontane, da essere incompatibili con le dimensioni della nostra Galassia. Le "Nubi" erano quindi dei sistemi stellari collocati ben al di fuori della Via Lattea.
Moltissime stelle, che a prima vista ci sembrerebbero singoli astri, in realtà appartengono a sistemi doppi o multipli: sono in effetti due o più stelle che ruotano intorno ad un baricentro comune. Col telescopio si riesce in molti casi a distinguere le singole componenti del sistema, che ci regalano immagini stupende, specialmente quando si tratta di stelle di diverso colore come Albireo (
b Cyg.). Secondo il numero degli astri che compongono il sistema, si parla di "Stella doppia" o "Sistema binario", di "Stella tripla" ecc.

 

VITA ED EVOLUZIONE DELLE STELLE

Anche le stelle, che ci sembrerebbero eterne, nascono e muoiono. Comunque la loro vita è enormemente lunga se paragonata a quella di tutti gli esseri viventi che conosciamo. Al nostro Sole, per esempio, si attribuisce un'età di circa 5 miliardi di anni e sembra che ne debba campare altrettanti. Ogni stella nasce dalla concentrazione di vaste nubi gas vaganti, composte principalmente da idrogeno, che è l'elemento più abbondante nell'universo e costituisce il primo mattone di tutta la materia. Quando la concentrazione arriva a produrre pressione e temperatura elevatissimi, si innescano reazioni nucleari e nasce la stella. Al suo interno l'idrogeno viene trasformato in elio, liberando energia sotto forma di luce e calore.
Il destino di ogni stella è segnato già al momento della sua nascita, essendo legato alla quantità di materia che contiene. Una stella di grande massa crea condizioni di combustione tali da consumare "in fretta" il suo combustibile.
Un'altra di massa minore brucia l'idrogeno molto più lentamente ed avrà una vita più lunga.
Ovviamente queste descrizioni sono molto sommarie, e servono unicamente a rendere un'idea dei complessi fenomeni fisici che governano la materia. Concludiamo accennando che anche la fine delle stelle è determinata dalla loro evoluzione, e quindi dalla massa iniziale: essa può concludersi con un lento e tranquillo raffreddamento o drammatiche esplosioni. Hanno origine da questi processi oggetti peculiari come "supernove", "stelle di neutroni", "quasar", "pulsar", "nebulose planetarie" ecc, la cui esistenza non sempre è rilevabile dalla gamma del visibile, ma viene evidenziata come sorgente di energia elettromagnetica a varie lunghezze d'onda. Molta materia dell'astro originale viene restituita allo spazio e va a rifornire il magazzino delle materie prime per la nascita di nuove stelle.

Livorno, Marzo 2003

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DISPENSA N. 47
ASTRONOMIA DI BASE (CORSO PER PRINCIPIANTI)
6
a LEZIONE - L'UNIVERSO
(a cura di Antonio Mercatali)
 

In questo corso abbiamo passato in rassegna la nostra Terra, la Luna, il Sole e gli altri pianeti ed infine le stelle. Finisce qui l'universo o c'è qualcos'altro? Per i nostri lontani progenitori, sprovvisti di qualsiasi strumento d'indagine ad eccezione dei propri sensi, l'universo era proprio questo e basta. Naturalmente non avevano idea delle dimensioni dei corpi celesti osservati e delle loro distanze. Non avevano altresì intuito l'esatta geometria del sistema solare, tanto che ponevano la Terra al centro del creato, né capito cosa poteva essere la Via Lattea ecc. ecc.

Poi vennero Copernico, Galileo, Keplero, Newton (tanto per citare i più famosi), e si dette finalmente una sistemata a tutta la materia, e via via che le scoperte si sommavano alle intuizioni, i confini dell'universo si allargavano sempre di più. Ma è stato il ventesimo secolo a fornirci le prime misure attendibili, di stelle e galassie e… a creare altre domande tipo: universo in espansione? espansione infinita? universo chiuso? La scienza, è risaputo, per ogni risposta data suscita altri cento dubbi.

Galileo fu il primo a svelare che la Via Lattea è formata da miriadi di stelle apparentemente piccole e quindi da presumere più lontane delle altre: fu un primo passo verso l'espansione del mondo conosciuto. Oggi sappiamo che la Via Lattea è l'insieme di stelle, fra le quali c'è il nostro Sole, che forma la Galassia ove abitiamo. Galassia con la "G" maiuscola è sinonimo di Via Lattea, invece scritta con la minuscola indica gli altri innumerevoli sistemi stellari più lontani.

Detto questo, abbiamo già una visione abbastanza chiara di com'è formato l'universo oggi conosciuto: ci siamo noi sulla nostra piccola Terra, che insieme con altri pianeti ruotiamo intorno al Sole. Il sole è una dei miliardi e miliardi di stelle che formano la Galassia. Più oltre ci sono circa una trentina d'altre galassie che formano un insieme detto "gruppo locale", più lontano ancora infiniti (?) altri gruppi. E poi? Nell'attesa di una risposta, torniamo nei nostri paraggi per passare in rassegna una serie di "oggetti" non stellari che formano la delizia degli astrofili.

Già si conosceva l'esistenza, oltre alle stelle, di certi "oggetti nebulosi" di natura sconosciuta. Con l'esplorazione del cielo effettuata con i telescopi se ne scoprirono tantissimi, ma per capire cosa e quanto lontani fossero doveva passare ancora del tempo. Charles Messier, astronomo francese nato nel 1730, fu il primo a formare un "catalogo" d'oggetti non stellari, osservando sistematicamente il cielo dal centro di Parigi. Evidentemente l'inquinamento non era quello d'oggi, anche se lo scienziato già si lamentava dei troppi fumi che si alzavano dai camini! Ebbene, il catalogo, che è stato completato dopo la sua morte sulla base degli appunti lasciati, è giunto fino a noi ed è giustamente famoso perché comprende 110 oggetti alla portata degli strumenti amatoriali. Tutti gli astrofili lo conoscono e sanno che gli oggetti vi sono elencati con una sigla formata da "M" (che sta per Messier) ed un numero progressivo: così per esempio M31 è la galassia di Andromeda, M57 la nebulosa ad anello nella Lira ecc.

Grazie alle conquiste tecnologiche, oggi sappiamo con sufficiente esattezza "cosa sono" gli oggetti di Messier e gli innumerevoli altri simili, che sono andati a formare ed arricchire cataloghi più moderni. Hanno contribuito la spettroscopia, la fotografia, le misure di parallassi, le cepheidi, la radioastronomia, i telescopi sempre più grandi e quelli in orbita spaziale e tanti altri strumenti d'indagine.

Possiamo passare in rassegna le specie d'oggetti celesti compresi nel catalogo Messier, per dare un'idea di cosa si può vedere, nel cosiddetto cielo profondo, con i nostri telescopi:

  • Stelle doppie (es. M40). Probabilmente, non riuscendo a risolverle, Messier le vedeva come oggetto nebuloso.
  • Nubi stellari (es. M24). Zone della Via Lattea dense si stelle e nebulosità da apparire come oggetti a sé stanti.
  • Ammassi aperti (es. M45 "Le Pleiadi"). Gruppi di stelle concentrate (apparentemente in modo disordinato) in spazi relativamente ristretti, che si ritiene si siano formate dalla stessa nube di materia interstellare.
  • Ammassi globulari (es. M13). Folti gruppi di stelle, fino ad un milione, molto vecchie e concentrate in uno spazio sferico, molto più denso verso il centro. I globulari a loro volta sono disposti in un alone sferico che circonda il centro galattico.
  • Nebulose (es. M42 in Orione). Nubi di polveri e gas, talvolta contenenti stelle. Si presentano come macchie fumose contro lo sfondo del cielo. Possono essere "ad emissione" se producono una lieve luminescenza, a "riflessione" se si rendono visibili riflettendo la luce stellare, "oscure" (alcune denominate "sacchi di carbone") che appaiono come zone completamente nere su uno sfondo debolmente illuminato da campi stellari. Sono oggetti che in fotografia rendono splendidi colori secondo la loro natura.
  • Nebulose planetarie (es. M57): oggetti in generale molto piccoli angolarmente, che si formano nella fase avanzata dell'evoluzione di stelle di piccola massa che hanno terminato le combustioni più energetiche. L'astro si contrae notevolmente ed espande nello spazio gli strati esterni più freddi. Infatti, molte "planetarie" si presentano come bolle luminescenti di varia forma, con al centro una piccolissima stella. Il loro nome nacque dall'equivoco prodotto dal loro aspetto, che le faceva sembrare dei piccoli dischi simili a pianeti.
  • Residui di supernove (es. M1 nel Toro). E' la nube di materia, tuttora in espansione, originata dall'esplosione finale di una stella supergigante.
  • Galassie (es. M31). Sono gli insiemi di stelle simili alla nostra Via Lattea, e quindi collocati ben al di fuori di questa. Hanno forme diverse, come le ellittiche, le spirali, le barrate, le irregolari ecc. e sono gli oggetti il cui studio, una volta riconosciuti come oggetti "extragalattici", ha permesso di dedurre la natura e la forma della nostra Via Lattea.

* * *

Con queste descrizioni terminiamo gli argomenti di questo corso "per principianti", con la speranza di aver fornito ai partecipanti i primi rudimenti d'astronomia, tanto da smuovere curiosità ed interesse ad approfondire con ben altri mezzi. Libri "facili" si possono trovare in qualunque libreria, ma oggi c'è anche la "rete" come fonte pressoché inesauribile. Un piccolissimo contributo può fornirlo anche la nostra serie di dispense, disponibile a richiesta.

Livorno, Marzo 2003

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