Salve ragazzi e ragazze!

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1 1 Salve ragazzi e ragazze! Cominciamo con questa pagina la nostra avventura alla scoperta del cielo. Ci avventureremo, nelle prossime pagine, oltre il nostro Sistema Solare per scoprire le stelle. Sì, proprio le stelle che vediamo ogni volta che si fa buio, se è sereno, come puntini luminosi distribuiti nel cielo notturno. Ragioniamo un po su quel che realmente vediamo, avremo delle sorprese. Intanto diciamo che al dì le stelle non le vediamo solo perché la luce del Sole sovrasta qualunque altra fonte luminosa. Anche la luce della Luna piena, ad esempio, fa sparire molte stelle dalla volta celeste. Ma concentriamoci su quel che possiamo vedere ogni notte. Innanzitutto diciamo che le stelle che possiamo vedere con gli occhi non sono poi tantissime, anche se tanti modi di dire ci invitano a pensare che le stelle visibili siano milioni o addirittura un numero infinito. Un cielo stellato così come lo puoi vedere con i tuoi occhi Il cielo visto da un potente telescopio molto lontano dalle città Ad occhio nudo possiamo vedere distintamente circa stelle in una notte bella trasparente e scura, magari in un luogo distante dalle luci artificiali. In città il 1

2 2 numero di stelle visibili è molto minore, proprio per la presenza di luci artificiali: in una piazza molto illuminata, di una grande città ma anche di un piccolo paese, il numero di stelle visibili si riduce in modo drastico, arriva a poche decine. Come abbiamo già detto, spesso basta poco per tornare a vedere un bel cielo, è sufficiente scostarsi da fonti di luce molto forti. Le stelle visibili ad occhio sono quindi molte ma non moltissime, ma cosa vediamo noi effettivamente? Per esagerare potremmo dire che quel che vediamo è un cielo sbagliato rispetto a quello reale. La luce che ci arriva dalle stelle, infatti, quando entra nell atmosfera può venire deviata nella sua traiettoria. L atmosfera si comporta, in qualche modo, come l acqua all interno di un recipiente, un acquario per esempio o una boccia per i pesci rossi, che altera la posizione in cui noi vediamo gli oggetti. Di quanto si spostano le stelle per questo effetto varia al variare della loro posizione in cielo. La posizione delle stelle che stanno allo zenit, ovvero esattamente sulla nostra verticale, sopra la nostra testa, non subisce alcuna deviazione, ma, man mano che scendiamo verso l orizzonte, l effetto diventa più cospicuo. A metà strada fra lo zenit e l orizzonte la deviazione dovuta alla rifrazione è già cospicua, circa un trentesimo del diametro della Luna. Ma se scendiamo ancora diventa assai più forte: all orizzonte la posizione della stella ci appare spostata di ben mezzo grado, praticamente tanto quanto è il diametro apparente della Luna. 2

3 3 Quello che vediamo di notte è quindi l immagine delle stelle che viene deviata dalla posizione che le spetterebbe tanto più quanto più ci si allontana dallo zenit verso l orizzonte. Potete fare una piccola esperienza con una torcia luminosa piccola ed una boccia d acqua, o l acquario se l avete. Fatevi aiutare da un compagno o qualcuno di casa, voi state da una parte della boccia d acqua, dall altra parte il vostro compagno muoverà la torcia a destra e sinistra e in alto e in basso, ma sempre in modo che sia puntata su di voi. Noterete facilmente la differenza fra la posizione reale della torcia luminosa e quella che vi appare. Ma questo è solo l inizio, un altro effetto che sposta la posizione vera delle stelle nella volta celeste è l aberrazione. A tenerne conto con precisione è piuttosto complicata, ma il concetto che sta alla base è semplice da capire. L aberrazione è stata scoperta da James Bradley nel 1729, quando i telescopi erano assai rudimentali e non c erano computer per fare i conti. La luce che ci proviene dalle stelle viene deviata a causa del moto della Terra. Noi ovviamente non ce ne accorgiamo perché la gravità ci tiene sulla crosta terrestre e tutto, compresa la atmosfera, si muove con noi, ma la Terra, ruotando attorno al Sole, si muove alla bella velocità di 30 chilometri al secondo (più di chilometri all ora!). La sua velocità quindi non è trascurabile rispetto a quella della luce e bisogna tenerne conto. Nel suo moto attorno al Sole la Terra quindi per sei mesi andrà incontro alla luce che ci proviene da una data stella, mentre per i seguenti sei mesi andrà nella stessa direzione della luce stellare. 3

4 4 A noi succede insomma qualcosa di simile a quel che accade quando piove. Anche se le gocce di pioggia vengono giù perfettamente perpendicolari, se ci muoviamo dobbiamo inclinare l ombrello in avanti per non bagnarci. La stella, durante l anno, sembrerà descrivere in cielo una minuscola ellissi che ha un diametro di un trentesimo del diametro della Luna. È tutto forse? Nemmeno per idea, non abbiamo preso in considerazione il punto più importante: la distanza delle stelle. La luce che ci proviene da esse viaggia alla maggiore velocità possibile in natura: km al secondo. Non è poco ed è molto difficile da immaginare. A questa velocità si può andare da Palermo a Torino in 1/300 di secondo, o correre i cento metri in un trentamilionesimo di secondo, parecchio di meno del record mondiale! Ricordiamo che la luce riflessa dalla Luna ci arriva in poco più di un secondo, quella emessa dal Sole in circa 8 minuti. Noi insomma vediamo il sole vecchio di 8 minuti. Per arrivare fino al pianeta nano Plutone, la luce solare impiega circa 5 ore e mezzo. Le stelle sono tutte molto ma molto più distanti dei corpi del Sistema Solare, anche la più distante cometa della nube di Oort dista da noi molto meno della più vicina stella, Proxima della costellazione del Centauro. Proxima, come molti di voi sapranno, è una parola latina che significa la più vicina e le è stato dato questo nome proprio perché è la stella meno distante da noi. La luce che parte da Proxima del Centauro impiega ben 4 anni per arrivare a noi. Ma tutte le altre sono molto più distanti e, fra quelle che vediamo ad occhio nudo, ce ne sono alcune talmente distanti che la loro luce impiega decine di migliaia di anni per arrivare fino a noi. Le stelle quindi potrebbero, ora, essere diverse da quelle che vediamo, ma noi non lo possiamo sapere. 4

5 5 Quel che vediamo quindi, quando alziamo gli occhi al cielo, è un cielo di stelle la cui posizione viene alterata da vari effetti e che sono in uno stato vecchio di un tempo che può variare dai pochi alle molte migliaia di anni. E non possiamo farci nulla. 5

6 6 Forse queste considerazioni vi faranno guardare il cielo in modo un po diverso, comunque ci fanno riflettere su una particolarità dell Astronomia rispetto alle altre scienze. L Astronomia è una scienza osservativa, ma non sperimentale. Forse detto così può sembrare un discorso un po filosofico e di poco conto, ma non lo è affatto ed è molto importante. Cerchiamo di capire perché. Cambiamo completamente campo e dimentichiamoci per un attimo dell Astronomia, delle stelle e tutto il resto. Supponiamo di essere dei chimici e volere studiare come si scioglie una sostanza solida in un liquido. Per fare questo possiamo procedere con metodo sperimentale: prendiamo un contenitore con dell acqua e versiamo una certa quantità di sale nell acqua. Quello che potremo verificare è che il sale si scioglie nell acqua, ma se continuiamo a versare sale nell acqua, infatti, oltre una certa quantità il sale non si scioglierà più. Ma per capire bene come funziona la questione possiamo fare di più, possiamo ripetere l esperimento usando acqua più fredda, e scopriremmo che la quantità di sale che riusciamo a sciogliere è minore, oppure potremmo usare acqua più calda. Ma possiamo anche cambiare liquido o sostanza da sciogliere. Possiamo, in pratica, crearci una serie di casi sperimentali variando le condizioni in cui il fenomeno avviene e, soprattutto, ripetere l esperienza tutte le volte che vogliamo. Potremo poi ragionare su tutti i dati sperimentali raccolti e potremo cercare di estrarre una legge generale che descriva come una sostanza solida si sciolga in un liquido. 6

7 7 Anche se esposto in questo modo risulta un po semplificato, questo è il modo di procedere delle scienze sperimentali: sperimentare, misurare e dalle misure cercare di arrivare alla comprensione del fenomeno osservato e ad una legge che lo descriva. Per l Astronomia non è proprio così. Non possiamo infatti sperimentare, intervenendo sul fenomeno, come abbiamo fatto poco sopra con l acqua ed il sale. Non possiamo fare una stella in laboratorio, renderla più calda o più grande. Come ne usciamo? Come facciamo allora ad applicare il metodo sperimentale della scienza al caso del cielo? Possiamo osservare i corpi ed i fenomeni celesti e, da questi, ottenere i dati di cui abbiamo bisogno per capire come sono fatti e quali fenomeni accadono in cielo. Le nostre speranze e possibilità di capire le stelle, ad esempio, sono legate all unico segnale che ci proviene da quei corpi, cioè la radiazione. Dato che stiamo usando gli occhi il segnale che ci porta informazioni è la luce visibile. Sembra poco e forse un po scoraggiante, ma la luce ci dà abbastanza informazioni per ricostruire come sono distribuite le stelle nel cielo, di cosa sono fatte e cosa accade in questi oggetti. Che cosa vediamo realmente in cielo quando guardiamo le stelle ad occhio nudo? La luce che vediamo ci dà due diversi tipi di informazione: osservando quanta luce ci arriva da una determinata stella ci permette di capire dove essa è situata e, come vedremo, quanto distante è da noi. Ma della luce possiamo anche fare una analisi quantitativa. 7

8 8 Sappiamo come la luce del Sole sia composta di vari componenti che, miscelati, ci danno una apparenza complessiva di colore bianco. Ma basta un arcobaleno, o il riflesso della luce sull acqua in determinate condizioni o il suo passaggio attraverso qualche vetro spesso per far apparire composta. i colori di cui la luce solare è La analisi della luce, delle sue componenti, ci racconta molto del corpo da cui proviene ed in particolare quali elementi chimici sono coinvolti nel fenomeno che ha portato alla emissione di quella luce. Se volete potete costruire il semplice spettroscopio descritto nell allegato ed eseguire le varie esperienze per verificare in modo semplice e convincente quel che abbiamo appena detto. 8