Unità 1 L'Universo intorno a noi: astronomia e sistema solare da Hub Scuola

L'Universo intorno a noi

La sfera celeste: una meravigliosa illusione

L'Astronomia studia le caratteristiche dei corpi celesti e cerca di spiegare ciò che accade nell'Universo. Sulla sfera celeste possiamo distinguere: · le stelle, punti luminosi a enormi distanze dalla Terra; · le galassie, insiemi di miliardi di stelle; · i pianeti e altri corpi colecti del Sistema Solare

PolsterLe costellazioni sono gruppi di stelle solo apparentemente vicine tra loro.

posizione reale nello spazio delle stelle di Cassiopea

600 400 500 distanza (anni-luce) Terra le stelle più luminose di Cassiopea come appaiono viste dalla Terra 300 200 100

Le posizioni reali nello spazio delle stelle che formano la costellazione Cassiopea e come la loro proiezione sulla sfera celeste appare dalla Terra.

Come si studia il cosmo?

All'interno del Sistema Solare le distanze si esprimono in unità astronomiche (UA). 1 UA è equivalente alla distanza media Terra-Sole, circa 150 milioni di km. Per le stelle e le galassie si usano: · l'anno luce (a.l.), che corrisponde alla distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un anno (9463 miliardi di km); · il parsec (pc) che corrisponde a 3,26 a.l.

Il telescopio spaziale Hubble.

Le stelle

Le stelle sono corpi celesti costituiti da gas incandescenti, che emettono energia attraverso processi di fusione nucleare. La magnitudine apparente di una stella è la luminosità come viene percepita da un osservatore sulla Terra. La magnitudine assoluta dipende dalle dimensioni della stella e dalla sua temperatura. Il colore di una stella è legato alla sua temperatura superficiale: le stelle più calde sono quelle azzurre, le più fredde quelle Mirtaka è una stella azzurra.

Le stelle vengono collocate nel diagramma H-R in base alla loro magnitudine assoluta e al loro colore (o temperatura superficiale). Circa il 90% delle stelle si dispone lungo la sequenza principale.

temperatura superficiale (K) 25 000 10000 7000 6000 5000 3000 supergiganti giganti azzurre ++104 -5 supergiganti rosse 10 magnitudine assoluta 0 giganti rosse sequenza principale -1 Sole luminosità (Sole=1) 10 nane bianche nane| rosse 15 ++10-4 O B A F G K M classe spettrale

L'evoluzione delle stelle

Nell'evoluzione di una stella si distinguono tre fasi principali:

1. nascita in una nebulosa;
2. vita: la stella è stabile, in equilibrio tra la sua tendenza a contrarsi e a espandersi;
3. morte: la stella ha consumato l'idrogeno e torhasaalla sua massa la stella può diventare una nana nera, una stella di neutroni o un buco nero.

nebulosa 10 - 50 masse solari 30 - 50 masse solari buco nero 10 - 20 masse solari stella di neutroni (pulsar) 1 massa solare gigante rossa nebulosa planetaria nana bianca nana nera protostelle nana bianca nana nera <1 massa solare

supergigante rossa supernova

La Via Lattea e le altre galassie

Una galassia è un ammasso di corpi celesti, gas e polveri interstellari legati dalla reciproca attrazione gravitazionale. La Via Lattea è la galassia cui appartiene il Sistema Solare. Nell'Universo esistono miliardi di miliardi di galassie, riunite in gruppi e ammassi galattici. La Via Lattea fa parte del Gruppo Locale.

La rappresentazione della Via Lattea.

Sistema Solare 27000 a.l. Sistema Solare 100 000 a.l.

In base alla forma, si distinguono quattro tipi di galassie: a spirale, a spirale barrata, ellittiche, irregolari.

Galassia a spirale: i bracci si dipartono dal centro (nucleo), che è più luminoso.

Galassia a spirale barrata: i bracci si dipartono dagli estremi di una barra che attraversa il nucleo

Galassia ellittica: di forma ellissoidale; la luminosità decresce dal centro alla periferia.

Galassia irregolare: di forme diverse; con stelle "giovani".

Origine ed evoluzione dell'Universo

Secondo la teoria del Big Bang, l'Universo si sarebbe originato in seguito a una violentissima esplosione avvenuta circa 14 miliardi di anni fa in un punto dello spazio di densità infinita in cui era concentrata un'enorme quantità di energia. Da allora l'Universo è in espansione.

TEORIA DEL BIG BANG

10-32 s 10-6 s 3 min 300 000 anni 1 miliardo di anni 15 miliardi di anni inizio del tempo galassia 10-41 s neutrone atomo di idrogeno protogalassia quark nuclei di elio elettroni atomo di elio pianeti protone

Si ipotizzano tre diversi scenari circa l'evoluzione dell'Universo.

a presente futuro passato Big Bang Universo aperto: continuerà a espandersi all'infinito. A un certo punto le stelle si spegneranno e ogni forma di vita scomparirà.

b presente futuro passato Big Bang Universo piatto: continua a espandersi ma con velocità decrescente. Anche in questo caso la vita scomparirà.

c presente futuro passato Big Bang Big Crunch Universo chiuso: cessa di espandersi e comincia a contrarsi fino a concentrarsi in un punto (Big Crunch). Si avrà un nuovo Big Bang e si formerà un nuovo Universo.

Il Sistema Solare

Il Sistema Solare è un insieme di corpi celesti e comprende: il Sole, 8 pianeti con satelliti, 5 pianeti nani, centinaia di migliaia di asteroidi, meteoroidi e comete. Si suppone che abbia avuto origine circa 5 miliardi di anni fa, da una nebulosa in cui si sono innescati i processi di fusione nucleare che hanno permesso la formazione del Sole. Vicino al Sole si sarebbero condensati gli elementi pesanti, lontano da esso acqua, metano e ammoniaca.

nebulosa in rotazione nebulosa solare protosole nube di gas e polveri sistema planetario protopianeti

Il Sole è una stella costituita di idrogeno ed elio. È diviso in zone: · il nucleo, dove avviene la fusione nucleare; · la zona radiativa, che trasmette l'energia del nucleo sotto forma di radiazione; · la zona convettiva, che trasporta l'energia per mezzo dei moti convettivi; zona convettiva · la fotosfera, caratterizzata dalla presenza delle macchie solari; · la cromosfera, l'involucro che circonda la fotosfera; · la corona solare, un alone formato da gas rarefatti. zona radiativa cromosfera nucleo macchie solari corona solare fotosfera

I pianeti del Sistema Solare

I pianeti del Sistema Solare sono otto: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Il loro moto intorno al Sole è regolato dalle tre leggi di Keplero.

pianeta I legge di Keplero Sole afelio perielio Il legge di Keplero pianeta Sole afelio: velocità minima perielio: velocità massima I pianeti descrivono intorno al Sole orbite ellittiche, in cui il Sole occupa uno dei fuochi. Il segmento che unisce il centro del Sole al pianeta descrive aree uguali in tempi uguali. Giove (120°) III legge di Keplero Sole Terra (360º) Marte (190°) Il quadrato del tempo impiegato da un pianeta a percorrere l'orbita è proporzionale al cubo della sua distanza media dal Sole.

I pianeti si possono dividere in due gruppi: · Mercurio, Venere, Terra e Marte sono pianeti di tipo terrestre (o rocciosi); hanno elevata densità, piccole dimensioni, la superficie solida e di solito un'atmosfera rarefatta; · Giove, Saturno, Urano e Nettuno sono pianeti di tipo gioviano (gassosi); hanno grandi dimensioni, la superficie fluida e un'atmosfera molto densa.

Saturno Venere Marte Nettuno Mercurio Terra Urano Giove

Le caratteristiche dei pianeti

Mercurio è il pianeta più piccolo e quello più vicino al Sole. Non ha atmosfera. La sua superficie è costellata da crateri.

Venere è l'oggetto più luminoso nel cielo notturno (dopo la Luna). È avvolta da una spessa coltre di nubi giallognole.

La Terra è il pianeta su cui viviamo.

Marte si riconosce per il colore rossastro. In passato è stato interessato da attività vulcanica ed erosione fluviale.Giove è il più grande pianeta del Sistema Solare. Ha un caratteristico aspetto a bande chiare e scure parallele.

Saturno è caratterizzato da anelli costituiti da polveri e frammenti rocciosi ricoperti di ghiaccio.

Urano ha l'asse di rotazione che giace sul piano orbitale. Il colore azzurro è dovuto ai gas che compongono l'atmosfera (idrogeno, elio, metano).

L'esistenza di Nettuno era stata ipotizzata ed è stato osservato solo nel 1846. Ha dimensioni simili a Urano.

Dal modello geocentrico a quello eliocentrico

Secondo il modello geocentrico elaborato da Tolomeo, l'Universo è costituito da un insieme di sfere celesti, con incastonati stelle e pianeti, che si muovono intorno alla Terra, immobile al centro.

Saturno Venere Luna Mercurio Terra Giove Sole Marte

Secondo il modello eliocentrico di Copernico, il Sole si trova al centro dell'Universo, con tutti i pianeti in rotazione attorno a esso su orbite circolari.

Venere Luna Marte Sole Terra Mercurio Saturno Giove

AGENDA 2030

L'esplorazione dello spazio

A partire dagli anni Novanta, le missioni spaziali nel Sistema Solare si sono susseguite senza sosta e hanno raggiunto quasi tutti i pianeti. Negli ultimi anni si è affiancata la ricerca dei pianeti extrasolari che si avvale di metodi di osservazione indiretta, basati su variazioni di luminosità di una stella oppure su cambiamenti della sua posizione e della velocità di allontanamento dalla Terra. Si cerca anche di individuare pianeti extrasolari "abitabili", cioè adatti a ospitare la vita.