Nell'Universo la distanza si misura col tempo

_{Lo spazio è immenso ed infinito e la distanza dei corpi celesti dalla Terra è talmente enorme che non può essere misurata in termini fisico-matamatici, cioè in misure lineari, ma nello spazio le distanze sono espresse in valori temporali, fondati sulla velocità della luce, che è pari a 300.000 Km\s. Dunque nell'universo lo spazio viene a coincidere col tempo.}

_{Le misure più comuni sono:}

_{l'unità astronomica (U.S.), che equivale a 8 minuti e 15 secondi, vale a dire al tempo che la luce del Sole impiega per giungere sulla Terra, ed in termini lineari corrisponde a circa 150 milioni di km;}

_{l'anno luce (a.l.) che equivale alla distanza percorsa dalla luce in un anno;}

_{il parsec = parallasse secondo, che equivale a 3,26 anni luce, ed esprime distanze incomprensibili alla mente umana, 30 trilioni e 640 miliardi di km. I 727j92h l parsec, in effetti, è la distanza dalla quale un osservatore vedrebbe il raggio medio dell'orbita terrestre sotto un angolo di un secondo d'arco.}

_{L'unità astronomica, l'anno luce e il parsec, non ci danno mai misure perfette, ma solo relative, perché nel momento in cui noi le misuriamo, i corpi celesti si sono già allontanati.}

Galassie e nebulose

_{Se noi ci ponessimo idealmente con un telescopio al centro dell'universo, lo spazio celeste non ci apparirebbe uniforme, ma caratterizzato da grandi spazi vuoti e numerosissime macchie biancastre, le galassie.}

_{Ogni galassia è formata da ammassi di stelle, che distano dalla Terra miliardi di anni luce e, data la loro estrema lontananza, mostrano un colore biancastro, lattescente; non a caso il termine galassia deriva dal greco galax = "latte".}

_{Le galassie sono diverse tra loro per forma, massa e dimensioni e vengono suddivise normalmente, secondo la classificazione di Hubble, in ellittiche, spirali e irregolari.}

_{I tipi più usuali sono quelle a spirale, come Andromeda, la galassia simile alla nostra più vicina alla Terra, dalla quale dista solo 2 milioni di anni-luce. Queste galassie sono caratterizzate da una concentrazione di stelle nella parte centrale, dalla quale si ripartono una serie di spire o bracci con vario sviluppo. In alcuni casi il nucleo centrale sembra attraversato da una barra rettilinea dalla quale si staccano le spire; in questo caso la galassia prende il nome di spirale barrata.}

_{Frequenti sono anche le galassie ellittiche, che, in genere, mostrano una forma sferica, talvolta piuttosto schiacciata, e sono assai brillanti.}

_{Meno numerose sono le galassie irregolari, che non hanno una forma definita, ma variabile da caso a caso.}

_{In base alla grandezza, invece, le galassie si dividono in giganti, se comprendono almeno 100 miliardi di corpi celesti come il Sole; e nane, se ne accolgono intorno ad un milione.}

_{Tutte le stelle e le nebulose visibili dalla Terra senza l'aiuto di grandi strumenti fanno parte della nostra galassia, cioè di quel gigantesco insieme di corpi celesti, circondato da un vastissimo spazio vuoto, di cui fa parte anche il Sole con il suo sistema planetario. Essa ha la forma di un disco leggermente rigonfio nella zona centrale, ma a noi, che ci troviamo al suo interno, appare come un larga striscia di luce che attraversa il cielo da un lato all'altro dell'orizzonte; ed è per questo suo aspetto che fin dall'antichità è stata chiamata "Via Lattea". In tutto, si calcola che contenga da 100 a 200 miliardi di stelle, o forse addirittura 300 miliardi.}

_{Le galassie, pur essendo distribuite nello spazio in maniera irregolare, tendono a riunirsi in gruppi: intorno alla Via Lattea, entro un raggio di circa 3 milioni di anni luce, si trovano un ventina di galassie, che formano il cosiddetto Gruppo Locale, ma si conoscono ormai numerosissimi ammassi galattici, ognuno dei quali comprende da centinaia fino a migliaia di galassie.}

Oltre alle galassie, nell'universo sono presenti altri ammassi di materia cosmica, che appaiono come una pallida luce diffusa, formate soprattutto da pulviscolo e gas, la materia prima che serve per la formazione di nuove stelle. Essi prendono il nome di nebulose, dal latino nebule = "nube", e si distinguono in risolubili e irrisolubili.

Le risolubili, osservabili solo con potenti telescopi, presentano al loro interno numerosi aggregati di stelle, e vengono anche chiamate nebulose extragalattiche.

Le irrisolubili, invece, sono formate solo da pulviscolo e gas, e si suddividono in: planetarie, quando sono formate da anelli gassosi concentrici e debolmente illuminati da una stella centrale; oscure, se costituite solo da polvere cosmica minutissima ed opaca; e diffuse, se, fisicamente simili alle precedenti, sono rischiarate da un pallido chiarore, per la presenza nelle vicinanze di una stella che ne eccita i gas con le proprie radiazioni.

_{Sfera celeste e firmamento}

_{Quando si osserva il cielo si ha l'impressione di essere al centro di un'enorme cupola a forma di mezza sfera, che incontra la superficie terrestre lungo una linea chiamata orizzonte.}

_{Durante la notte il cielo, che di giorno è apparentemente vuoto, appare punteggiato di corpi luminosi, e ciò spinse gli antichi ad immaginare la Terra avvolta da una sfera celeste, sulla cui volta erano "infissi" tutti gli altri astri, e l'insieme delle stelle visibili ad occhio nudo fu chiamato firmamento.}

_{In realtà, le stelle, come tutti i corpi celesti, non sono fisse: esse sono dotate di vari movimenti che, oltre a farle girare su se stesse, le portano ad allontanarsi tra loro ad una velocità molto alta, ma data l'enorme distanza che ci separa, a noi sembrano immobili e le variazioni della loro posizione si possono apprezzare solo in tempi lunghissimi.}

_{Oggi noi, pur sapendo che non esiste una volta celeste, ne conserviamo l'immagine perché essa agevola l'individuazione degli astri rispetto alla Terra, e la dividiamo in un emisfero settentrionale o boreale, e in un emisfero meridionale o australe.}

_{Le Stelle: struttura e luminosità}

_{I corpi celesti più diffusi ed importanti della nostra galassia e dell'universo sono le stelle. Esse sono delle gigantesche masse gassose, costituite soprattutto da elio ed idrogeno, generalmente di forma sferica, dotate di altissime temperature ed in grado di emettere luce propria; quella più vicina a noi, dopo il Sole, è Proxima Centauri, che si trova a circa 4 anni luce. Date le enormi distanze che ci separano da esse, le stelle appaiono sempre come dei piccoli punti luminosi, anche qualora vengano osservate con potenti telescopi.}

_{La luminosità di una stella varia in funzione di due fattori: la massa, cioè la quantità di materia di cui essa dispone per le reazioni termonucleari, le quali permettono di produrre l'energia radiante, e la temperatura. Ma a noi la luce giunge più o meno intensa a seconda della distanza della stella dalla Terra. Alcune stelle possono apparirci luminose solo perché si trovano ad una distanza minore, mentre altre luminosissime possono apparirci quasi invisibili.}

_{Gli astronomi antichi, che consideravano gli astri infissi sulla volta celeste, e, pertanto situati tutti alla stessa distanza dalla Terra, in base al loro grado di lucentezza avevano diviso le stelle in sei ordini di grandezze decrescenti.}

_{Oggi, al posto del termine «grandezza» , è stato introdotto il concetto di magnitudine, che per ogni stella può essere "apparente" o "assoluta".}

_{La magnitudine apparente indica la luminosità di una stella così come ci appare dalla Terra, indipendentemente dalle sue dimensioni e dalla distanza.}

_{Una volta misurata la magnitudine apparente di una stella si può calcolare anche la magnitudine assoluta, che è l'intensità luminosa che la medesima stella avrebbe se si trovasse ad una distanza standard dalla Terra, stabilita in 10 parsec.}

_{L'energia luminosa emessa dalle stelle assume colori differenti in relazione alla loro temperatura e alla loro costituzione fisica.}

_{Si distinguono così quattro categorie di stelle caratterizzate da temperature decrescenti: le stelle azzurre, con una temperatura tra i 20.000° e 15.000 °C; le stelle bianche, tra i 15.000° e gli 8.000°C; le stelle gialle, tra gli 8.000° e i 5.000°C; e le stelle rosse, tra i 5.000° e i 3.000°C. Le stelle azzurre sono le più giovani, le rosse le più vecchie.}

_{Alcune stelle particolari}

_{Esistono stelle particolari. Non tutte le stelle, infatti, hanno una magnitudine costante, quasi il 50% di esse sono dette variabili, perché accrescono ed attenuano la loro lucentezza ad intervalli regolari.}

_{A questa categoria appartengono le stelle doppie o multiple e le stelle pulsanti.}

_{Le stelle doppie o multiple sono costituite da due o più stelle di diversa dimensione che ruotano intorno ad un comune centro di gravità, di modo che quando le maggiori si pongono dinanzi alle minori, la luminosità di queste ultime viene offuscata; se, al contrario, sono le stelle più piccole a trovarsi dinanzi alle maggiori, allora si ha un potenziamento dello splendore.}

_{Nella maggior parte dei casi le stelle gemelle sono a una distanza di sicurezza, ma, a volte, può accadere che la stella più grande e più densa, a causa della sua maggiore attrazione gravitazionale, comincia a «succhiare» materia dall'altra, allora dalla stella più piccola e meno densa esce un sottile filamento che, seguendo la rotazione, precipita a spirale sulla stella più grande. Queste stelle sono dette "stelle-vampiro"}

_{Le stelle pulsanti sono corpi celesti che con ritmo periodico, a causa degli squilibri che si verificano all'interno della loro massa, danno luogo a particolari reazioni termonucleari, e quindi a pulsazioni radianti, perciò emettono ora una luce intensa ora una luce fioca.}

_{Talvolta le stelle sono sottoposte ad esplosioni e, all'improvviso, senza alcuna regolarità periodica, accrescono la loro lucentezza per poi ritornare gradualmente al loro stato originario.}

_{Queste stelle, caratterizzate da improvvise esplosioni al loro interno, sono dette Novae, se l'esplosione avviene nelle parti esterne del globo stellare, producendo una luce che, seppure, intensa, non è eccessiva; o Supernovae, se l'esplosione interessa l'intera massa stellare, che, sbriciolandosi, libera tutta la sua energia e genera una luminosità che è infinitamente superiore a quella del Sole.}

Tenendo conto delle varie caratteristiche, come la luminosità, la temperatura, il calore e la massa, le stelle vengono raggruppate in due categorie: "nane" e "giganti".

Le stelle nane, presentano un diametro che di solito non supera quello della Terra, una massa molto compatta, una scarsa luminosità e un colore rosso o bianco.

Le stelle giganti, invece, hanno dimensioni enormi, una massa con debolissima densità, emettono una luce azzurra e sprigionano una grande quantità di energia.

Nascita ed evoluzione delle stelle

Le stelle, come tutti gli altri corpi celesti, svolgono un proprio ciclo vitale, cioè nascono e dopo un certo periodo si esauriscono, spegnendosi.

_{Secondo le teorie attualmente più accreditate il ciclo vitale di una stella inizia in una nebulosa, una immensa nube di polvere e gas a bassissima densità.}

_{L'attrazione gravitazionale fa sì che gli atomi di gas e i granuli di polvere si attraggano; si creano così zone estese a gravità crescente, le protostelle, che si contraggono diventando dense e incandescenti. Con i successivi processi di contrazione la loro temperatura s'innalza fino ad innescare reazioni di fusione nucleare che portano alla trasformazione dell'idrogeno in elio e alla liberazione di enormi quantità di energia, si forma così una stella.}

_{L'evoluzione successiva è condizionata soprattutto dalla massa iniziale e dall'abbondanza relativa di idrogeno ed elio.}

_{Le stelle di massa circa uguale a quella del Sole, rimangono stabili per milioni di anni, alla fine però tutto l'idrogeno disponibile nel nucleo viene bruciato nella fusione e la stella perde di stabilità. Il nucleo riprende a contrarsi per effetto della gravità e la temperatura al suo interno innesca la fusione dell'elio in nuclei più pesanti, mentre gli strati esterni si espandono rendendo la stella una Gigante Rossa}

_{Successivamente, la stella, avendo esaurito tutto il combustibile nucleare e non avendo più a disposizione energia gravitazionale per aumentare la propria temperatura e innescare reazioni che producano elementi più pesanti, collassa, diventando una Nana Bianca, di dimensioni simili alla Terra, che è destinata a risplendere debolmente per miliardi di anni, fino a diventare un piccolo corpo freddo e opaco, una Nana Nera}

_{Le stelle con una massa superiore a quella del Sole possono però avere uno sviluppo diverso, generando una Super Gigante Rossa. All'interno di queste stelle, a causa delle loro immense dimensioni, la pressione aumenta enormemente e la temperatura sale non solo fino a 10 milioni di gradi, come avviene nel Sole, ma fino a 100 milioni di gradi.}

_{A questa temperatura fonde non soltanto l'idrogeno, ma anche l'elio, e si formano così atomi più pesanti, come carbonio, ossigeno, magnesio, calcio, ecc. Quando questa stella gigante arriva a produrre il ferro, le reazioni si bloccano improvvisamente, perché la fusione del ferro, invece di produrre energia, ne assorbe. La stella allora crolla su se stessa, a causa della gravità, e la temperatura nel suo centro sale enormemente, fino ad esplodere, disperdendo nello spazio metà della sua massa. Il fenomeno distruttivo è ciò che dà origine ad una Supernova, estremamente luminosa. Alla distruzione della stella sopravvive il nucleo, ridotto a una massa compatta di materia degenere che dà luogo o a una stella a neutroni, detta anche "pulsar", o ad un corpo celeste dotato di tale forza gravitazionale da non lasciare uscire nemmeno la luce, il "buco nero".}

Buchi neri, quasar e pulsar

Al termine del loro ciclo evolutivo, una volta consumato il combustibile nucleare, le stelle sufficientemente massive, collassano su se stesse; gli elettroni, per così dire, vengono schiacciati e si annullano coi protoni. I nuclei si concentrano e si crea così una materia supercompatta, composta quasi soltanto da neutroni, poiché elettroni e protoni hanno annullato le loro cariche, dando luogo ad altri neutroni. La Supernova diventa così una minuscola Stella di neutroni. Praticamente la quantità di materia è sempre la stessa, ma ora è superdensa.

_{La stella a neutroni, detta anche Pulsar, termine che significa «stella pulsante», è una piccola sfera molto luminosa che gira velocissima come una trottola, ruota, infatti, su se stessa trenta volte al secondo, inviando sulla Terra segnali intermittenti.}

_{Qualcuno ha usato una bella immagine per spiegare questo fenomeno: "è come una pattinatrice che chiudendo le braccia gira più in fretta". In altre parole, poiché in questa stella il diametro è diminuito enormemente, la sua velocità originaria di rotazione è aumentata proporzionalmente.}

Il collasso di una supernova può spingersi ancora oltre, fino al punto in cui tutta la massa si trova concentrata in un punto di diametro quasi nullo, la cui densità tende a diventare infinita.

Si crea così un Buco nero, dotato di tale forza gravitazionale da non lasciare uscire all'esterno nemmeno la luce, che attrae ed inghiotte qualsiasi corpo che è nelle vicinanze, anche la luce di altre stelle.

_{Un buco nero è invisibile per definizione, dato che non emette alcun tipo di radiazione. Informazioni su come rappresentarlo possiamo dedurle solo da quello che accade nelle sue vicinanze. Infatti, la materia catturata da questo oggetto, prima di cadervi dentro, forma un disco di accrescimento nel quale ruota come l'acqua nel gorgo di un lavandino. In questa rapida rotazione emette raggi X, che sono rilevabili da appositi satelliti astronomici.}

_{Altri oggetti celesti di tipo particolare sono i Quasar o «radiosorgente quasi stellare»; si tratta di astri extragalattici, che si trovano a distanze enormi dalla Terra, dotati di una magnitudine assoluta da 10 a 100 volte superiore a quella delle più grandi galassie ed emettono energia in modo estremamente variabile.}

Il ciclo evolutivo di una stella

_{Le principali tappe nella vita delle stelle sono state ricostruite e sintetizzate da due astronomi che, indipendentemente l'uno dall'altro, hanno ideato e perfezionato un diagramma che illustra la relazione fra luminosità e temperatura superficiale delle stelle. Questo diagramma, che si costruisce come un normale diagramma cartesiano, è noto come diagramma H-R.}

Riportando in ordinata la luminosità delle stelle (riferita a quella del Sole, posta pari a 1) e in ascissa la loro temperatura, si osserva che le stelle non si ripartiscono a caso nel piano individuato da queste due coordinate, ma si addensano in alcune regioni preferenziali.

La maggior parte di esse si dispone lungo una linea che attraversa diagonalmente il diagramma e che prende il nome di sequenza principale In tale sequenza le stelle ri­sultano disposte secondo un ordine regolare, da quelle blu, più calde e con massa maggiore (50 volte quella del Sole) fino a quelle rosse, più fredde e di massa minore (1/l0 di quella del Sole). Ad esse appartiene anche il Sole, che occupa una posizione intermedia, come una stella gialla.

Al di fuori della sequenza principale, nella parte in alto e a destra del diagramma, compaiono le stelle giganti ros­se, le quali hanno la stessa temperatura superficiale e, quindi, lo stesso colore, delle stelle della sequenza principale, ma rispetto a queste sono molto più luminose, per cui devono avere una superficie radiante, cioè che emette ener­gia luminosa, molto più estesa. Alcune di queste stelle sono così grandi che sono dette supergiganti.

_{Un altro gruppo di stelle, esterno alla sequenza principale, si trova in basso a sinistra, ed è il gruppo delle nane bianche, così chiamate per distinguerle dalle nane rosse della sequenza principale. Esse hanno una massa piccolissima, perciò, pur essendo dotate di alta temperatura, presentano una bassa luminosità.}

_{Il diagramma H-R fornisce importanti informazioni sullo stadio evolutivo di una stella.}

Le costellazioni e la nomenclatura delle stelle

_{Nella sfera celeste le stelle raramente si trovano isolate, generalmente si raggruppano dando vita alle costellazioni, cui la fantasia degli antichi ha attribuito nomi tratti per lo più dal mondo animale e dalla mitologia.}

_{Si conoscono ben 88 costellazioni, di cui sono nel cielo boreale e in quello australe.}

_{Per chi si trova nell'emisfero boreale le costellazioni più note sono quelle di Cassiopea , di Orione , dell' Orsa maggiore e dell' Orsa minore , dette anche Grande e Piccolo Carro.}

_{Particolare importanza riveste il Piccolo carro, perché l'ultima stella del suo timone, la Stella Polare, coincide all'incirca col Polo Nord celeste, e serve come elemento di riferimento per l'orientamento, in quanto indica il Nord.}

_{Per chi, invece, si trova nell'emisfero australe la costellazione più importante è quella denominata Croce del Sud , in cui si trova la stella che indica il Polo Sud.}

_{Importanti elementi di riferimento temporale costituiscono, infine, le 12 Costellazioni dello zodiaco, le quali sono disposte lungo l'orbita eclittica che il Sole, col suo moto apparente, descrive nella sfera celeste durante l'anno, restando circa un mese nella parte occupata da ciascuna costellazione.}

Come quella delle costellazioni anche la nomenclatura delle stelle più luminose ed appariscenti risale ai popoli antichi; mentre oggi, per l'impossibilità d trovare un nome a tutte le stelle note, si è stabilito di indicare un astro col genitivo latino della costellazione a cui appartiene, preceduto da una lettera dell'alfabeto greco, indicante il grado decrescente di luminosità. Una volta esaurite tali lettere si useranno i numeri arabi.

Il Big-Bang e l'origine dell'universo

Le ipotesi che si sono succedute per spiegare l'origine dell'universo sono state numerosissime e spesso si presentano sotto forma di racconti mitologici o religiosi.

L'ipotesi più recente, avanzata agli inizi del nostro secolo, dal matematico belga Lamaître, e successivamente sviluppata dal fisico statunitense Gamow, sostiene che circa 15-20 miliardi di anni fa la materia cosmica era concentrata in un volume inferiore a quello di un atomo, con fortissima densità e temperatura altissima.

Poi, questo piccolo nucleo, o «uovo cosmico , data l'enorme quantità di energia in esso contenuta, diede luogo ad una grande esplosione, o "Big-Bang", che proiettò in ogni direzione brandelli di materia cosmica, con progressivo aumento del volume dell'universo, e diminuzione della densità e della temperatura.

Una prova a sostegno di questa interpretazione è fornita dall'esistenza, nello spazio cosmico, di radiazioni di fondo, cioè radiazioni uguali in tutte le direzioni, le quali rappresenterebbero l'"eco" dello scoppio primordiale.

Il fenomeno dell'espansione dell'universo continua tuttora, difatti le galassie si allontanano le une dalle altre, com'è dimostrato dallo spostamento verso il rosso osservato negli spettri delle galassie.

Se questa espansione continuasse all'infinito, il cosmo diverrebbe un immenso cimitero buio, poiché le stelle consumeranno tutto il loro combustibile e le galassie diventeranno masse fredde, inerti e senza luce.

Se la forza di gravità riuscisse, invece, a frenare l'espansione dell'universo, allora le galassie finiranno per arrestare la loro fuga e per invertire il loro movimento, dando inizio ad una nuova concentrazione di materia cosmica, con aumento di temperatura e densità, ed innescando un nuovo big-bang.

L'effetto Doppler: una conferma alla teoria del Big-Bang

Una conferma alla teoria del Big-Bang è data dall'Effetto Doppler, che consente di stabilire se un corpo celeste si sta avvicinando o allontanando dalla Terra, poiché a mano a mano che si allontana da noi mostra un colore leggermente più rosso di quello che ha.

Il fenomeno viene definito Red Shift, ossia "spostamento verso il rosso", e si ottiene facendo passare la luce attraverso un prisma di vetro, che scinde i colori in rosso, giallo, verde, blu, indaco e violetto.

Se si osservano spettroscopicamente le galassie si osserva che le righe spettrali risultano spostate verso il rosso, e che lo spostamento è tanto maggiore quanto più l'oggetto è lontano. Questo dimostra che le galassie si allontanano dalla Terra e la velocità è tanto maggiore quanto più la galassia è lontana. Ciò equivale ad affermare che l'universo si espande e quindi che, procedendo a ritroso, vi fu un'epoca in cui tutte le galassie erano concentrate in un volume ristrettissimo.