sabato 19 novembre 2016

UNIVERSO E SISTEMA SOLARE

L'UNIVERSO

Unità di misura


Anno luce:L’anno luce è una misura di distanza che si usa in astronomia. Essa corrisponde alla distanza che un oggetto percorrerebbe se viaggiasse a velocità uguale a quella della luce nel vuoto (300 mila chilometri al secondo) per un anno tropico, cioè per 365 giorni, 5 ore, 48 minuti e 46 secondi. Equivale a una distanza di circa 9.460.000.000.000 chilometri.

Altre unità di misura

1 UA (Unità astronomiche) = 150 milioni di chilometri = distanza Terra-Sole
1 parsec = 3,26 anni luce = 205597 UA = 30840.000.000.000 di chilometri




L'Universo è comunemente definito come il complesso di tutto lo spazio e di ciò che contiene, il che comprende tutta la materia e l'energia, i pianeti, le stelle, le galassie e il contenuto dello spazio intergalattico.
L'osservazione scientifica dell'Universo, la cui parte osservabile ha un diametro di circa 92 miliardi di anni luce,  suggerisce che l'Universo sia stato governato dalle stesse leggi costanti fisiche per la maggior parte della sua storia e in tutta la sua estensione osservabile, e permette di fare delle inferenze sulle sue fasi iniziali.


La teoria del Big Bang è il più accreditato modello cosmologico che descrive la nascita dell'Universo; si calcola che il Big Bang sia avvenuto circa 13,798 ± 0,037 miliardi di anni fa.

Secondo il modello del Big Bang, l'universo si espanse da uno stato iniziale estremamente denso e caldo, detto atomo primordiale, e continua ad espandersi oggi. Una comune analogia spiega che lo spazio stesso si sta espandendo, portando le galassie con sé, come l'uvetta in un panettone che lievita. 



Questa immagine è una rappresentazione artistica che illustra l'espansione di una porzione di un universo piatto.




Teoria dell'universo aperto: L'universo continuerà a espandersi, sotto la spinta del Big Bang, finché il "carburante nucleare" non sarà tutto consumato e le stelle si spegneranno; allora esisterà un Universo infinitamente grande, ma buio e freddo.
Teoria dell'universo chiuso: la spinta espansiva generata dal Big Bang si esaurisce e le galassie invertiranno la loro rotta, avvicinandosi progressivamente per effetto della forza di attrazione gravitazionale, fino a confluire nuovamente in un unico atomo primordiale.

LE GALASSIE

Le galassie sono degli enormi contenitori di stelle, il cui diametro può essere di centinaia di migliaia di anni luce, che come delle vere e proprie isole nell'universo si trovano situate nello spazio a distanze enormi (miliardi di a.l.) le une dalle altre. A separarle solo immense quantità di pulviscolo intergalattico e materiale interstellare estremamente rarefatto. Classificazione delle galassie



  • Ellittiche- Hanno una forma ellissoidale con un nucleo molto intenso che si disperde verso l'esterno. Per la maggior parte sono composte da stelle di vecchia formazione;
  • Spirali - Dello stesso tipo della nostra galassia, si caratterizzano per il nucleo centrale, di forma quasi sferica, che si trova circondato da un alone da cui si dipartono i bracci a forma di spirale. In questo tipo di galassia coesistono stelle di tutte le età, anche se quelle più giovani sembrano trovarsi nel disco;
  • Spirali/Barrate - Pressoché uguali alle precedenti, differiscono solo per i bracci, che invece di essere a forma di spirale, sono collegati agli estremi di una barra centrale.
LE STELLE

Le stelle sono sfere di plasma che brillano di luce propria grazie al processo di fusione nucleare, ossia, la fusione di nuclei atomici con formazione di nuclei più pesanti: gli elementi leggeri (come l'Idrogeno) vengono fusi in elementi più pesanti (come l'elio) rilasciando energia. Il Sole è una stella, e essendo tale rilascia energia sotto forma di radiazioni, vento solare e neutrini (piccolissime particelle elementari). 
Classificazione delle Stelle 
In base al colore/temperatura 
Gli astri sono classificati con le lettere O, B, A, F, G, K, M in base al loro colore e quindi temperatura. L'immagine qui sotto rappresenta quanto appena detto utilizzando i gradi Kelvin.


In base alle dimensioni


nane: 100 volte più piccole del Sole
medie: della grandezza del Sole
giganti: almeno 10 volte più grandi del Sole
supergiganti: almeno 300 volte più grandi del Sole
ipergiganti: le stelle più massicce conosciute


Antares è una supergigante rossa situata a circa 600 anni luce dal sistema solare; avendo un raggio che è circa 850 volte quello del Sole, essa è una delle stelle più grandi conosciute.


Raffronto tra le dimensioni del Sole e di VY Canis Majoris, un'ipergigante rossa ritenuta una delle stelle più grandi conosciuteVY Canis Majoris (VY CMa) è una stella ipergigante rossa variabile irregolare situata nella costellazione del Cane Maggiore a 3840 anni luce dal sole. È una delle stelle più grandi conosciute, con un raggio pari a circa 1420 volte il raggio solare (696 000 km) e, in virtù delle sue dimensioni, una delle più luminose della Via Lattea.

Ciclo delle stelle 


Le stelle nascono, vivono e muoiono. Apparentemente sembrano immutabili nel cielo, ma soltanto perché la loro evoluzione avviene in miliardi di anni, un tempo troppo lungo perché possa permettere agli esseri umani di apprezzarne i cambiamenti.

Nascita

Le stelle si formano dalla condensazione del gas e della polvere presenti nelle nubi interstellari (o molecolari), gli agglomerati di materia esistenti nello spazio.
Una stella nasce quando, a causa di fluttuazioni di densità, una regione della nube interstellare comincia a contrarsi (prima di nascere, una stella si trova, per così dire, sparsa nello spazio, all'interno della nube).
Il collasso gravitazionale si sviluppa nella zona centrale della nube interstellare, dove la densità raggiunge i valori più elevati.
Con il procedere della contrazione, la temperatura centrale cresce sempre più (l’energia gravitazionale, infatti, durante la contrazione viene convertita in calore), dal valore iniziale che caratterizzava la nube a un migliaio di gradi, fino a raggiungere qualche milione di gradi, sufficienti per innescare le reazioni termonucleari e far brillare l’astro: in questa fase la contrazione di ferma e la protostella diventa una vera e propria stella.
Le stelle più grandi hanno una vita più breve, perché consumano più velocemente il combustibile nucleare che si trova al loro interno; le altre stelle, come il Sole, bruciano il combustibile più lentamente e possono vivere circa 10 miliardi di anni. L’evoluzione dipende dalla massa. Le stelle più piccole, come ancora il Sole, dopo avere consumato l’idrogeno cominciano a bruciare l’elio, i loro strati esterni si dilatano sempre più fino a che diventano giganti rosse, quindi, quando gli strati esterni sono completamente espulsi, nane bianche. Le stelle di grandi dimensioni, a causa dell’alta densità interna, sono in grado di bruciare gli elementi chimici più pesanti dell’elio attraverso le reazioni nucleari, fino a che i loro nuclei collassano e le stelle esplodono come supernove generando stelle di neutroni o buchi neri. Il 95 % delle stelle termina la loro vita come nane bianche.
Supernova
Una Supernova e' una stella che esplode. L'esplosione di Supernova rappresenta l'ultimo atto, distruttivo e spettacolare, del ciclo evolutivo di stelle molto massive. Durante l'esplosione viene liberata un'energia enorme e la stella diventa così luminosa da splendere più di una intera galassia
Buco nero
Si definisce buco nero una regione dello spaziotempo con un campo gravitazionale così forte e intenso che nulla al suo interno può sfuggire all'esterno, nemmeno la luce.
Un buco nero stellare (o buco nero di massa stellare) è un buco nero che si forma dal collasso gravitazionale di una stella massiccia (20 o più masse solari, sebbene non si conosca esattamente, a causa degli svariati parametri da cui dipende, la massa minima che dovrebbe avere la stella) alla fine della propria evoluzione

Il Sole

Rai Scuola - il Sole



Il Sole è una stella medio-piccola (nana gialla), di tipo molto comune, è la stella madre del sistema solare, attorno alla quale orbitano gli otto pianeti principali (tra cui la Terra). Il Sole è costituito principalmente da idrogeno (circa il 74% della sua massa, il 92,1% del suo volume) ed elio (circa il 24-25% della massa, il 7,8% del volume), cui si aggiungono altri elementi più pesanti presenti in tracce. Ha un'età stimata intorno ai 4,5-5 miliardi di anni e ha una speranza di vita pari, più o meno, ad altri 6,5 miliardi di anni circa.

Raggio medio del Sole: 700.000 km (109 volte il raggio terrestre)

Struttura del Sole



Il nucleo: è la sede delle fusioni nucleari che trasformano idrogeno in elio liberando l'energia necessaria a brillare. Si tratta di una sezione del raggio di 150.000 chilometri. L'idrogeno presente nel nucleo solare è sufficiente per almeno altri 5 miliardi di anni, dopodiché sarà trasformato interamente in elio ed allora sarà l'elio a fondersi in carbonio. Quando tutto il carbonio sarà trasformato in ossigeno, i processi si arresteranno ed il Sole sarà destinato a spegnersi lentamente. L'energia del nucleo si propaga verso l'estero attraverso due zone:
1) Zona radiativa: nella quale il calore del nucleo si propaga per irraggiamento (per irraggiamento si intende il trasferimento di energia tra due corpi a mezzo di onde elettromagnetiche).
2) Zona convettiva: nella quale i gas si muovono verso l'esterno, formando colonne infuocate, propagando il calore per moti convettivi. Il fenomeno della convezione termica si ha quando un fluido (come l'acqua o l'aria) entra in contatto con un corpo la cui temperatura è maggiore di quella del fluido stesso. Aumentando di temperatura per conduzione, il fluido a contatto con l'oggetto si espande e diminuisce di densità, e a causa della spinta di Archimede sale essendo meno denso del fluido che lo circonda che è più freddo, generando così moti convettivi, in cui il fluido caldo sale verso l'alto e quello freddo scende verso il basso.
La fotosfera: è la superficie apparente del Sole. E' caratterizzata da uno spessore relativamente piccolo e costituisce la superficie visibile dell'astro. Nel caso del Sole la fotosfera è spessa soltanto poche centinaia di chilometri nella struttura interna del Sole ha una temperatura di circa 6000°C. Nella fotosfera hanno luogo anche fenomeni di attività solare come le macchie solari, ampie zone più scure dove la temperatura è più bassa (circa 4500°C). Si presenta come un disco di colore giallo comparso da celle più luminose (dette granuli) derivanti dalla granulazione solare ed un bordo leggermente più oscuro ed opaco rispetto al disco.
L'atmosfera del Sole comprende:
la cromosfera: un involucro trasparente di gas che si rende visibile solo nelle eclissi solari come sottile alone roseo; dalla cromosfera partono immense fiammate di idrogeno, le protuberanze, che attraversano la corona.
la corona: costituita da particelle ionizzate, che si disperdono nello spazio formando il vento solare.
IL SISTEMA SOLARE


Il Sistema Solare è un sistema planetario, costituito da corpi celesti chiamati pianeti, che ruotano intorno ad una stella, il Sole. Attorno ai pianeti possono esserci corpi più piccoli chiamati satelliti, o lune.
I pianeti e i loro satelliti non brillano di luce propria, ma appaiono luminosi ai nostri occhi perché riflettono la luce del Sole.
Il nostro Sistema Solare comprende i seguenti elementi:
  • 1 stella (il Sole),
  • 8 pianeti (Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno)
  • 5 pianeti nani (Cerere, Plutone, Haumea, Makemake, Eris),
  • 169 satelliti,
  • 589738 asteroidi (principalmente concentrati nella fascia degli asteroidi, fra Marte e Giove, e nella fascia di Kuiper, esterna all’orbita Nettuno),
  • 3158 comete (la maggior parte localizzate nella nube di Oort, all’estremo del Sistema).

I pianeti possono essere suddivisi in tre gruppi.
  • pianeti rocciosi, o terrestri (Mercurio, Venere, Terra e Marte): sono piccoli e molto densi
  • giganti gassosi, (Giove, Saturno): sono molto grandi ma poco densi, senza una vera e propria superficie.
  • pianeti di ghiaccio: (Urano e Nettuno). Sono caratterizzati da una temperatura bassissima: -250°C.

Mercurio è il pianeta più vicino al Sole e per questo motivo la sua temperatura superficiale è altissima (fino a 700K, 427°C). È privo di atmosfera, a causa delle sue ridotte dimensioni.

Venere, nonostante sia un pianeta, risulta molto luminoso a causa della densa atmosfera, ricca di anidride carbonica. Essa riflette ottimamente i raggi solari, rendendola facilmente visibile ad occhio nudo. Sempre legato a ciò, la temperatura media al suolo, di 737 K (464 °Cè maggiore anche di quella di Mercurio, nonostante sia più distante dal Sole.

Per le nostre conoscenze, la Terra appare l’unico pianeta che ospiti forme di vita per come la intendiamo noi, ovvero quella basata sul carbonio. Questo grazie alle sue caratteristiche intrinseche, come la composizione atmosferica e la specifica distanza dal Sole. Sono in corso ricerche di pianeti con queste caratteristiche in altri sistemi planetari. Il solo satellite naturale è la Luna.


Marte viene chiamato il “pianeta rosso” per la presenza di ossidi di ferro, i quali creano un'atmosfera caratterizzata da tempeste di polvere di quel colore. Qui si trova il monte Olimpo, un gigantesco vulcano altro ben 27 km, il più alto del Sistema Solare. Marte possiede due satelliti, Phobos e Deimos.





Monte Olimpo

Giove è il pianeta più grande del Sistema Solare e la sua massa è maggiore della somma di quella degli altri pianeti. Dopo il Sole, la Luna e Venere è il corpo celeste più chiaramente visibile a occhio nudo della volta celeste. Alla vista presenta delle “bande”, in corrispondenza di zone dell’atmosfera, composta principalmente da idrogeno e elio, con velocità di rotazione e composizione diverse. Giove possiede la grande macchia rossa, ovvero un grandissimo ciclone che persiste in una determinata zona dell’atmosfera.



Possiede molte lune, attualmente si parla di almeno 67, fra cui i 4 satelliti medicei Io, Europa, Ganimede e Callisto, scoperti da Galileo.
Giove ha una composizione simile a quella del Sole: infatti è costituito principalmente da idrogeno ed elio con piccole quantità di altri composti, quali ammoniaca, metano ed acqua. Si ritiene che il pianeta possegga una struttura pluristratificata, con un nucleo solido, presumibilmente di natura rocciosa e costituito da carbonio e silicati di ferro, sopra il quale gravano un mantello di idrogeno metallico ed una vasta copertura atmosferica che esercitano su di esso altissime pressioni.




Saturno è famoso per i suoi spettacolari anelli, costituiti da residui rocciosi ghiacciati che gli ruotano attorno. Di fatto sono piccoli numerosissimi satelliti. Questa struttura ha degli spazi fra alcune fasce di anelli, chiamate divisioni. 



Ha un diametro equatoriale di circa 120536 km; il diametro polare  è minore dell’11%, per cui Saturno risulta il pianeta più appiattito. Anche gli altri giganti gassosi possiedono degli anelli. Saturno ha un numero imprecisato di satelliti (>62), il più studiato dei quali è Titano.




Urano, insieme a Nettuno, non è osservabile ad occhio nudo, Primo pianeta “visto” tramite telescopio, fu scoperto infatti solo il 13 marzo 1781 da William Herschel. È di grandi dimensioni (51118 km di diametro equatoriale). E' il terzo per diametro e il quarto per massa
La composizione chimica di Urano è simile a quella di Nettuno ed entrambi hanno una composizione differente rispetto a quella dei giganti gassosi più grandi (Giove e Saturno). Per questa ragione gli astronomi talvolta preferiscono riferirsi a questi due pianeti trattandoli come una classe separata, i "giganti ghiacciati". 
Ha la peculiarità di possedere un asse di rotazione pressoché parallelo al piano dell’orbita, in quanto l'inclinazione assiale è di circa 98°. L'atmosfera del pianeta, sebbene sia simile a quella di Giove e Saturno per la presenza abbondante di idrogeno ed elio, contiene una proporzione elevata di "ghiacci", come l'acqua, l'ammoniaca e il metano, assieme a tracce di idrocarburi.
Inoltre, come Venere, ruota in modo retrogrado, cioè in senso opposto a tutti gli altri pianeti. Oltre a una serie di anelli, Urano possiede 27 lune. La temperatura della sua atmosfera raggiunge i -224°C e la sua atmosfera è la più fredda del sistema solare.




Nettuno è il pianeta con l’orbita più esterna. Si tratta del quarto pianeta più grande, considerando il suo diametro, e il terzo se si considera la sua massa. L’elevata distanza dal sole fa sì che le temperature alla sua superficie siano molto basse: la sua atmosfera raggiunge i -218 °C. Per questo motivo, e per le sue dimensioni (49528 km il diametro equatoriale), viene chiamato "gigante ghiacciato". Possiede un’atmosfera di idrogeno ed elio. Intorno al pianeta ruotano 13 satelliti, fra cui il più noto è Tritone.
Fino al 2006 anche Plutone era considerato un pianeta, pertanto si parlava di 9 pianeti nel sistema solare. Il 24 agosto 2006 Plutone fu  riclassificato come pianeta nano dall'Unione Astronomica Internazionale, ricevendo il nome di 134340 Pluto.

Curiosità:

Scoperto un pianeta abitabile a due passi dalla Terra

Così potrebbe apparire ad un astronauta la superficie del Piccolo Punto Rosso, un esopianeta nella fascia di abitabilità di una delle stelle di Alpha Centauri, il sistema stellare più vicino al nostro: si trova a 4,25 anni luce da noi e in 20 anni potrebbe essere raggiunto dalle sonde a cui sta lavorando Stephen Hawking
È roccioso e orbita attorno alla stella più vicina al nostro pianeta, Proxima Centauri. Sulla superficie la temperatura è tale che l’acqua potrebbe scorrere liquida. Ha una massa di poco superiore a quella terrestre.
C’è un pianeta simile alla Terra dietro l’angolo di casa nostra. Un pianeta roccioso sul quale potrebbe scorrere acqua liquida. Ruota attorno ad una delle tre stelle che compongono il sistema Alpha Centauri che si trova a 4,3 anni luce dalla Terra, ovvero le 3 stelle più vicine al nostro Sistema Solare.

Delle tre stelle due sono considerate le principali e sono chiamate Alpha Centauri A e B; la terza è una nana rossa ed è chiamata Proxima Centauri, invisibile a occhio nudo, dista quasi 2.000 miliardi di chilometri dalla coppia principale.