Astronomia: la scienza che studia i corpi celesti e l'espansione dell'Universo
Slide di presentazione sull'astronomia: la scienza che studia i corpi celesti. Il Pdf esplora concetti come la sfera celeste, l'uso dei telescopi e l'interazione tra galassie, con un focus sull'espansione dell'Universo e la Legge di Hubble, ideale per la scuola superiore in Scienze.
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Anteprima
La sfera celeste
Osservando il cielo a occhio nudo abbiamo l'impressione di essere circondati da una sfera cava, la sfera celeste, punteggiata da luci apparentemente immobili, le stelle.
Nel 1609 Galileo Galilei osservò per la prima volta il cielo con un cannocchiale. Da allora gli astronomi esaminano i corpi celesti con i telescopi.
I telescopi raccolgono la luce proveniente dallo spazio e la convogliano al nostro occhio, amplificando la luminosità degli oggetti osservati utilizzando complessi sistemi di lenti e specchi.
Oltre alle stelle esistono anche altri corpi celesti, come pianeti, satelliti, comete, asteroidi e galassie, tra i quali sono presenti gas e polveri che formano la materia interstellare.
Cristina Cavazzuti, Daniela Damiano, Biologia, Zanichelli editore 2019
La sfera celeste e l'Universo
La sfera celeste è ancora utile per descrivere l'Universo. Noi vediamo solo metà della sfera: il piano che separa la parte visibile da quella invisibile si chiama orizzonte celeste.
La verticale del luogo è la linea immaginaria che passa per l'osservatore ed è perpendicolare al piano dell'orizzonte. Incontra la sfera celeste in un punto chiamato zenit che è esattamente sopra l'osservatore; dalla parte opposta, sotto l'orizzonte celeste, si trova il nadir.
Zenit e Polo Nord celeste
L'asse celeste è il prolungamento dell'asse di rotazione della Terra. Le stelle compiono un moto apparente intorno all'asse celeste, ma in realtà è la Terra a ruotare. I Poli celesti sono gli unici punti del cielo che appaiono fissi.
Cristina Cavazzuti, Daniela Damiano, Biologia, Zanichelli editore 2019
La rotazione delle stelle
Il cielo notturno mostra una miriade di stelle. Esse sembrano ruotare attorno alla Terra, compiendo un giro completo nell'arco di un giorno.
Le stelle sorgono e tramontano come il Sole e la Luna.
La stella polare è l'unica stella che rimane fissa perché si trova quasi esattamente sul prolungamento dell'asse di rotazione della Terra.
Fotografia a lunga esposizione
Fotografia a lunga esposizione (circa 10 ore).
I modelli dell'Universo
Gli antichi costruirono un modello geocentrico dell'Universo. Successivamente, le scoperte scientifiche hanno portato a formulare un modello eliocentrico.
La moderna cosmologia ha ormai accertato che anche il Sole è solo una dei molti miliardi di stelle.
Le costellazioni
Osservando il cielo, gli astronomi del passato raggrupparono le stelle in modo che formassero figure chiamate costellazioni.
Esse hanno rappresentato per secoli un fondamentale strumento di orientamento sia per terra sia per mare.
Su questo sfondo di «stelle fisse» possiamo osservare il cambiamento di posizione dei pianeti nel corso dell'anno.
Cristina Cavazzuti, Daniela Damiano, Biologia, Zanichelli editore 2019
Le costellazioni e la loro apparenza
Gli astri che fanno parte di una stessa costellazione sono solo apparentemente vicini.
ORIONE
Le stelle di una costellazione ci sembrano vicine fra loro perché sono proiettate sulla sfera celeste.
Cristina Cavazzuti, Daniela Damiano, Biologia, Zanichelli editore 2019
Le distanze in astronomia
Per esprimere le distanze dei corpi celesti molto lontani si usa l'anno luce (al); un anno luce corrisponde alla distanza percorsa in un anno dalla luce nel vuoto ed equivale a circa 9460 miliardi di km.
Per le distanze nel Sistema solare si usa l'unità astronomica (UA), che corrisponde alla distanza media Terra-Sole cioè a 150 milioni di km (8 min/luce).
Cristina Cavazzuti, Daniela Damiano, Biologia, Zanichelli editore 2019
Le stelle: composizione e reazioni
Le stelle sono ammassi gassosi ad elevatissima temperatura. Sono costituite soprattutto da idrogeno ed elio (98%).
Nel nucleo stellare le temperature sono molto elevate e la materia si trova allo stato di plasma.
Nel nucleo avvengono le REAZIONI DI FUSIONE NUCLEARE che liberano moltissima energia, la quale si propaga nello spazio sotto forma di luce, calore e altre radiazioni elettromagnetiche.
Cristina Cavazzuti, Daniela Damiano, Biologia, Zanichelli editore 2019
Fusione nucleare nel nucleo delle stelle
Nel nucleo delle stelle, a causa delle elevatissime pressioni e temperatura gli atomi di idrogeno sono schiacciati l'uno contro l'altro e si fondono formando atomi di elio, più pesanti.
In particolare, 4 nuclei di idrogeno formano un nucleo di elio.
La massa del nucleo di elio però è leggermente inferiore alla massa dei 4 nuclei di idrogeno.
La massa in eccesso si sviluppa infatti in energia.
Come si studiano le stelle
MA COME SI STUDIANO LE STELLE ???
Le radiazioni elettromagnetiche
Le stelle si studiano tramite le radiazioni elettromagnetiche
Le radiazioni elettromagnetiche si propagano con moto ondulatorio e sono caratterizzate da una lunghezza d'onda e da una frequenza.
- FREQUENZA: il numero di volte che un fatto si ripete in un dato tempo.
- LUNGHEZZA D'ONDA: la distanza percorsa da una vibrazione durante un periodo.
ATTENZIONE: frequenza e lunghezza d'onda funzionano al contrario!
Cristina Cavazzuti, Daniela Damiano, Biologia, Zanichelli editore 2019
Lo spettro elettromagnetico
Le radiazioni elettromagnetiche si raggruppano nello spettro.
- Lo SPETTRO è l'insieme di tutte le possibili frequenze. Ad ogni frequenza corrisponde una radiazione.
Lo spettro della luce visibile è composto da i sette colori dell'arcobaleno.
Lo spettro elettromagnetico comprende oltre alla luce visibile i raggi infrarossi e ultravioletti.
Cristina Cavazzuti, Daniela Damiano, Biologia, Zanichelli editore 2019
Spettri a righe di assorbimento
Questi sono esempi degli spettri delle radiazioni emesse dalle stelle. Si chiamano SPETTRI A RIGHE DI ASSORBIMENTO perché ci sono delle righe nere quando le stelle non emettono quelle radiazioni.
- SPETTRO O: dallo spettro vedo che la stella emette radiazioni con luce blu. II colore di questa stella sarà quindi blu-azzurro e avrà un elevata temperatura (30 000 gradi).
- SPETTRO G: (come quello del Sole): dallo spettro vedo che la stella emette quasi tutte le radiazioni del visibile. Il colore sarà quindi bianco-giallino e avrà un temperatura intermedia (5000 gradi).
- SPETTRO M: dallo spettro vedo che la stella emette radiazioni con luce rossa. II colore sarà quindi arancio-rosso e avrà una bassa temperatura (3000 gradi).
La classificazione delle stelle
1. I COLORI delle stelle
Le stelle hanno colori diversi, che dipendono dalla loro temperatura superficiale.
- Blu T > 33 000℃
- Azzurre (Vega) 10 000-33 000 ℃
- Bianche (Sirio) 7000-10 000 ℃
- Gialle (Sole) 5000-7000 ℃
- Arancioni 3500-5000 ℃
- Rosse T< 3500 ℃
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2. LA LUMINOSITA' delle stelle
La luminosità di una stella è l'intensità con cui la vediamo brillare > dipende dalle sue dimensioni, temperatura, composizione chimica.
La luminosità apparente è quella che vediamo noi dalla terra.
La luminosità assoluta (o vera) è la reale luminosità della stella.
La luminosità di una stella è descritta da una grandezza che si chiama magnitudine (magnitudine apparente o assoluta).
3. DIMENSIONI delle stelle
Le stelle hanno dimensioni molto variabili: si va dalle stelle giganti e supergiganti, con un raggio anche 1000 volte quello solare, alle nane, pari al Sole o più piccole.
Cristina Cavazzuti, Daniela Damiano, Biologia, Zanichelli editore 2019
Il diagramma HR
Il diagramma HR classifica le stelle in base alla luminosità e temperatura superficiale (da cui dipende il colore).
La maggior parte delle stelle si trova nella sequenza principale, una banda che attraversa il diagramma da sinistra in alto a destra in basso.
Al di fuori della sequenza troviamo:
- giganti e supergiganti rosse in alto a destra
- nane bianche in basso a sinistra
Cristina Cavazzuti, Daniela Damiano, Biologia, Zanichelli editore 2019
La vita delle stelle
La vita delle stelle si suddivide in tre fasi.
Fase iniziale: una stella si forma quando una nebulosa inizia a contrarsi per effetto dell'attrazione gravitazionale. La temperatura interna sale e il calore è emesso come radiazione infrarossa. La futura stella diventa visibile ed è detta protostella.
Fase di stabilità: quando il nucleo interno di una protostella raggiunge temperature intorno ai dieci milioni di gradi, hanno inizio le reazioni di fusione nucleare che producono grandi quantità di energia. Ha inizio la fase più lunga e stabile della stella.
Fase finale: quando la maggior parte dell'idrogeno si è trasformato in elio, il nucleo della stella comincia a contrarsi ("sta finendo il carburante della stella"). Ciò provoca un aumento della temperatura interna, che a sua volta causa l'espansione degli strati esterni della stella. Quando gli strati esterni si raffreddano, la stella diventa una gigante rossa (o supergigante rossa se la stella di partenza era molto grande).
Cristina Cavazzuti, Daniela Damiano, Biologia, Zanichelli editore 2019
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