Appunti Di Astronomia
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Prefazione La scuola estiva di astronomia e meteorologia “P. A. Foscarini”, giunta alla quinta edizione, rappresenta uno dei migliori servizi culturali offerti dall’Accademia Mon- taltina degli Inculti al comprensorio cosentino. Essa ha come obiettivo la formazione dei giovani negli indirizzi fisico, matematico e soprattutto astronomi- co (senza peraltro trascurare l’aspetto filosofico-letterario), in modo da avvicinarli sempre di più alla scienza e al me- todo scientifico. La scuola estiva si articola nel corso dell’anno in due fasi distinte ma integrate. Il primo ciclo si tiene di regola verso gli inizi del mese di settembre di ogni anno e ha come tema l’astronomia e le scienze affini: nel corso degli ultimi anni il principale oggetto di studio è stato il Sistema Solare. Nell’ambito di questa programmazione sono previste an- che esercitazioni pratiche sull’osservazione del cielo stel- lato (a occhio nudo, con binocoli e con telescopi), con l’intento di fornire agli allievi nozioni di base sull’astronomia osservativa e strumenti per comprendere alcune scoperte fondamentali dell’astronomia antica, trop- po spesso sottovalutate dal punto di vista “moderno”.. La seconda parte, che si tiene di regola a ridosso delle festività natalizie, concentra la sua attenzione sui protagonisti delle scoperte astronomiche, discutendo la lo- ro importanza per l’avanzamento della comprensione della scienza, anche attraverso l’interazione interdisciplinare con la storia, la filosofia ed altri campi del sapere. Il progetto si attua in collaborazione con le istitu- zioni locali e nazionali: la regione Calabria, la Provincia di Cosenza, il Ministero dei Beni e le Attività Culturali, il - V - Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, il Comune di Montalto Uffugo, l’Associazione Astrono- mica Helios, e i Comuni associati all’Accademia (San Vincenzo la Costa, Rota Greca, Torano Castello, Apriglia- no, Lattarico e San Benedetto Ullano) unitamente alla par- tecipazione della BCC di San Vincenzo la Costa, dell’Università della Calabria e di altri Atenei, come pure delle riviste più rinomate del settore scientifico, che con la loro adesione danno supporto costruttivo al progetto. L’iniziativa ha valenza nazionale, anche se il suo bacino di utenza sono gli istituti superiori della provincia di Cosenza, da dove proviene la maggior parte degli iscrit- ti. Nell’ambito della scuola vengono pubblicate delle dispense, unitamente alla preparazione di alcuni cd-rom che fungono da adeguato supporto alle finalità del proget- to. Si specifica, infine, che nelle ultime edizioni la scuola ha avuto una presenza media di cinquanta corsisti l’anno. Montalto Uffugo, luglio 2006 Dott. Luciano Romeo - VI - - VII - - VIII - - IX - - X - - XI - Presentazione Questo materiale è frutto delle attività da noi svolte in tanti anni di divulgazione dell’Astronomia. In qualità di docenti di fisica presso le scuole supe- riori (Liceo Scientifico di Macerata) e di astrofili (Asso- ciazione Astrofili “Crab Nebula” di Tolentino), molte vol- te ci è stato richiesto di parlare dei temi principali dell’Astronomia; l’appuntamento della Scuola di Montalto Uffugo è stato senz’altro uno dei più importanti (Angeletti è stato presente fin dalla prima edizione del 2002, Bellesi dalla seconda). I testi non sono ovviamente del tutto originali; mol- to materiale deriva da articoli, pagine di libri, siti internet da noi letti e studiati in questi anni e più o meno rielabora- ti. Se qualcuno dovesse riconoscere in queste pagine im- magini e testi non debitamente citati, non ce ne voglia e ce lo comunichi: provvederemo a correggere l’omissione in eventuali altre edizioni. Si sappia comunque che il presen- te materiale viene diffuso gratuitamente, ed esclusivamen- te ai partecipanti alla Scuola di Astronomia e Meteorolo- gia di Montalto Uffugo. Non sono consentite altre forme di diffusione al di fuori dell’ambito scolastico. Teniamo inoltre a precisare che per questa pubblicazione non ab- biamo percepito alcun compenso. Abbiamo ripreso i temi trattati nei vari anni della Scuola e li abbiamo sistemati in una sequenza che a noi sembra logica. Il filo conduttore delle varie edizioni è il Sistema Solare, che quindi occupa la maggior parte del te- sto. I primi due capitoli sono dedicati agli aspetti più gene- rali dell’Astronomia. Nel capitolo 1 si parla dell’Universo, della sua origine ed evoluzione; nel capitolo 2 del Sole e delle stelle. Negli altri sette capitoli ci occupiamo dei pia- - XII - neti: nel capitolo 3 di Mercurio, nel 4 di Venere, nel 5 del- la Terra, nel 6 della Luna, nel 7 di Marte, nell’8 dei pianeti esterni (Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone) e infi- ne nel capitolo 9 accenniamo ai corpi minori, che è il tema di questa edizione della scuola. Gli ultimi due capitoli non sono stati ancora affrontati nella scuola e per forza di cose sono meno ricchi. Si è cercato di essere il più possibile semplici, sia nel linguaggio, sia nei concetti; si è evitata, per quanto possibile, qualunque trattazione matematica. Nel testo so- no quasi del tutto assenti equazioni; per chi volesse appro- fondire, nella bibliografia sono riportati diversi testi di ca- rattere universitario in italiano e in inglese. Come si usa fare in queste occasioni, anche noi vo- gliamo ringraziare qualcuno. Gli amici dalla nostra Asso- ciazione Astrofili vanno ricordati per le notti che abbiamo passato insieme all’Osservatorio Astronomico “Padre Francesco De Vico” a riprendere gli oggetti celesti. Gior- gio Di Iorio perché ci ha fornito parte del materiale utiliz- zato per il capitolo sulla Luna che lui aveva proposto nella prima edizione della scuola. Infine un riconoscimento spe- ciale al dott. Luciano Romeo che ha voluto tutto questo. Ci scusiamo per i refusi che saranno presenti, no- nostante il nostro impegno nell’eliminarli. Macerata, luglio 2006 Angelo Angeletti Manlio Bellesi - XIII - L’UNIVERSO: STRUTTURA ED EVOLUZIONE 1.1 – LE GALASSIE Con il termine galassia i greci designavano la Via Lattea, cioè quella striscia lattescente che attraversa il no- stro cielo notturno e ben visibile sotto cieli sufficientemen- te bui, specie d’estate. Oggi, con questo termine, indi- chiamo degli immensi sistemi composti da gas, polveri, stelle, pianeti, …, tenuti insieme dalla forza di gravità. Il Sole fa parte di una galassia chiamata Galassia (con l’iniziale maiuscola); la Via Lattea è una parte della Ga- lassia, quella visibile dalla Terra. La scoperta delle galas- sie ha una storia lunga e travagliata, basti pensare che agli inizi del ‘900 non era ancora chiaro se le varie nebulose visibili nel cielo fossero oggetti appartenenti alla nostra galassia o esterni ad essa. Le galassie possono contenere da qualche miliardo di stelle (quelle più piccole) fino a circa mille miliardi (quelle più grandi). Esse non hanno un bordo netto, ma le stelle diminuiscono andando dal centro verso la periferia; per tale motivo, quando si parla di diametro di una galas- sia si intende il diametro di una circonferenza di centro coincidente con quello della galassia e contenente metà dello splendore totale. Il diametro delle galassie va da al- cune decine di migliaia fino a qualche centinaio di mi- gliaia di anni luce[1]. [1] L’anno luce è una unità di misura della distanza ed è lo spazio che la luce, che viaggia a circa 300.000 km/s, percorre in un anno. Un an- no luce è circa 9500 miliardi di km. - 1 - Le stelle che compongono le galassie hanno un moto di rotazione intorno al centro con velocità variabili che sono determinabili con opportune tecniche di misura. La massa associata alla materia visibile non è però suffi- ciente a render conto di queste velocità: è necessaria molta più materia di quella che si vede (chiamata materia oscu- ra). Uno dei problemi più importanti dell’Astrofisica mo- derna è appunto determinare la natura di questa massa mancante. 1.1.1 – La classificazione delle galassie Fig. 1.1 – Classificazione delle galassie secondo Hubble. Tra il 1924 e il 1926 l’astronomo americano Edwin Hubble, con il telescopio Hooker di 2,54 m istallato nel 1918 a Mount Wilson in California, ottenne delle foto del- la nebulosa di Andromeda nelle quali erano evidenti le stelle che formano i bracci di una spirale. Successivamente altre nebulose furono risolte in stelle simili a quelle della Galassia ed anche esse presero il nome di galassie. Hubble propose quindi una classificazione in tre tipi fondamentali: galassie ellittiche, indicate con la lettera E; a spirale, indi- cate con la lettera S; irregolari, indicate con I. - 2 - Le galassie ellittiche sono così chiamate per la loro forma e sono composte da stelle di Popolazione II, cioè da stelle giganti rosse o gialle, nane rosse o gialle e da una quantità di stelle bianche di luminosità non troppo alta; mancano le giganti e le supergiganti bianco-blu e non vi sono polveri. Non si notano in genere, regioni di forma- zione stellare. Dall’esterno le galassie ellittiche differisco- no solo per il loro maggiore o minore appiattimento. Hub- ble definì come indice di ellitticità la quantità 10⋅−(a b) a , dove a è il semiasse maggiore e b quello minore. Il valore che si ottiene è generalmente un numero frazionario, Hubble propose di approssimarlo all’unità, per cui i valori possibili per tale parametro sono gli interi da 0 a 10; in realtà non si osservano galassie ellittiche con indi- ci di appiattimento superiori a 7. Le galassie a spirale sono molto difformi, ma tutte presentano un nucleo centrale e dei bracci che partono da posizioni diametralmente opposte. Con le sue osservazio- ni, Hubble riuscì a cogliere la possibilità di dividerle in sottoclassi: come misura vennero usati il grado di sviluppo dei bracci e le dimensioni del nucleo della galassia. Si in- dicano allora con Sa le galassie a spirale i cui bracci sono poco sviluppati o appena accennati.