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Astronomia e Geologia

Dal Big Bang alla Terra

Marco Esposito

INDICE

CAPITOLO 1

LE ORIGINI ED IL DESTINO

DELL’UNIVERSO

1.1 IL BIG BANG 1.2 LA FORZA DI GRAVITA’ 1.3 LA PROVA DEL BIG BANG: IL RED SHIFT 1.4 I TRE POSSIBILI DESTINI DELL’UNIVERSO 1.5 IL VERO DESTINO DELL’UNIVERSO: LA MATERIA OSCURA E L’ENERGIA OSCURA

CAPITOLO 2

LE DISTANZE ASTRONOMICHE

2 .1 LA PARALLASSE 2.2 QUATTRO DIFFERENTI UNITA’ DI MISURA

CAPITOLO 3

LA VIA LATTEA

3 .1 UNA “STRISCIA DI LATTE” NEL CIELO 3.2 LE “VICINE” DELLA VIA LATTEA

CAPITOLO 4

LE COSTELLAZIONI

4 .1 COSA POSSIAMO OSSERVARE 4.2 89 DIFFERENTI COSTELLAZIONI 4.3 LE COSTELLAZIONI DELLO ZODIACO 4.4 LE COSTELLAZIONI DEI POLI CELESTI 4.5 LE COSTELLAZIONI BOREALI

CAPITOLO 5

LE STELLE

5 .1 ENORMI SFERE DI FUOCO 5.2 LA NASCITA DELLE STELLE 5.3 LA STRUTTURA DELLE STELLE 5.4 LE DIFFERENTI CARATTERISTICHE STELLARI

5. 5 IL DIAGRAMMA H-R 5.6 L’EVOLUZIONE DELLE STELLE 5.7 IL DESTINO DELLE GIGANTI ROSSE 5.8 IL DESTINO DELLE SUPERGIGANTI ROSSE: SUPERNOVE, PULSAR E BUCHI NERI 5.9 LE QUASAR

CAPITOLO 6

IL SOLE ED IL SUO SISTEMA

6 .1 IL SOLE 6.2 IL SISTEMA SOLARE 6.3 GLI OTTO PIANETI DEL SISTEMA SOLARE 6.4 LA SUCCESSIONE DI TITIUS-BODE E LA SCOPERTA DEGLI ASTEROIDI 6.5 LA FASCIA DI EDGEWORTH-KUIPER 6.6 I PIANETI NANI 6 .7 LE COMETE E LA NUBE DI OORT 6.8 METEORE E METEORITI 6.9 ESISTONO ALTRI SISTEMI PLANETARI? 6.10 LE LEGGI DI KEPLERO 6 .11 LE FORZE CHE EQUILIBRANO I CORPI CELESTI

CAPITOLO 7

LA TERRA ED I SUOI MOTI

7 .1 LA FORMA DELLA TERRA 7.2 I MERIDIANI ED I PARALLELI

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7.3 LA LATITUDINE, LA LONGITUDINE E L’ALTITUDINE 7.4 I TRE MOVIMENTI DELLA TERRA 7.5 IL MOTO DI ROTAZIONE 7.6 IL MOTO DI RIVOLUZIONE 7.7 LE ZONE ASTRONOMICHE 7.8 IL MOTO DOPPIO-CONICO

CAPITOLO 8

LA LUNA

8 .1 IL NOSTRO UNICO SATELLITE NATURALE 8.2 I TRE MOVIMENTI DELLA LUNA 8.3 LE FASI LUNARI 8.4 LE ECLISSI 8.5 LE MAREE

CAPITOLO 9

LA STRUTTURA DELLA TERRA

9 .1 QUATTRO INVOLUCRI 9.2 I TRE MANTELLI 9.3 LE ORIGINI DEGLI INVOLUCRI CONCENTRICI 9.4 I MINERALI E LE ROCCE

CAPITOLO 1 0

LA TETTONICA DELLE PLACCHE

10 .1 WEGENER E LA DERIVA DEI CONTINENTI 10.2 L’EVOLUZIONE DELLA TEORIA DI WEGENER: LA TETTONICA DELLE PLACCHE 10.3 LE DORSALI, LE FAGLIE E LE FOSSE 10.4 LA TETTONICA ITALIANA 10.5 LE CONSEGUENZE DELLA TETTONICA DELLE PLACCHE

CAPITOLO 11

I VULCANI

11 .1 CHE COS’E’ UN VULCANO? 11.2 NASCITA E LOCALIZZAZIONE DEI VULCANI 11.3 DUE TIPI DIFFERENTI DI VULCANI 11.4 ATTIVI, QUIESCENTI O SPENTI?

CAPITOLO 12

I TERREMOTI

12 .1 CHE COS’E’ UN TERREMOTO? 12.2 LA TEORIA DEL RIMBALZO ELASTICO 12.3 LE ONDE SISMICHE 12.4 LE SCALE SISMICHE

CAPITOLO 13

L’ATMOSFERA TERRESTRE

13 .1 UN INVOLUCRO GASSOSO 13.2 I CINQUE STRATI DELL’ATMOSFERA TERRESTRE

CAPITOLO 14

IL CAMPO ELETTROMAGNETICO

TERRESTRE

14 .1 UN’ENORME CALAMITA CHIAMATA TERRA 14.2 LE FASCE DI VAN ALLEN E LA MAGNETOSFERA TERRESTRE 14.3 LE AURORE 14.4 L’INVERSIONE DEI POLI MAGNETICI TERRESTRI

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La restante quantità di materia in eccesso , invece, sopravvisse all’ annichilazione ed è il motivo di perché tutto l’universo che oggi osserviamo è costituito esclusivamente da materia. A quel punto, però, l’ annichilazione produsse così tanta energia da espandere violentemente la piccola sfera di energia primordiale e l’ espansione fu così violenta che, ancora oggi, continua e non sembra incontrare ostacoli : Si era appena verificato il “big bang”. (Fig. 1 B - Punto 2).

Col passare del tempo: I protoni , i neutroni e gli elettroni cominciarono ad interagire tra loro ed a formare i primi atomi di Idrogeno (costituiti da 1 protone al centro ed 1 elettrone che gli gira intorno ) e di Elio (costituiti da 2 protoni al centro e 2 elettroni che gli girano intorno ) i quali, poi, si addensarono a loro volta fino a formare, 1 miliardo di anni dopo il big bang , i primi “corpi celesti” ; Cioè, i primi oggetti di “massa enorme” presenti nell’ universo : Le “stelle” ( corpi celesti che godono di luce propria) e le “galassie” ( ammassi di stelle tutte vicino tra loro). (Fig. 1 B - Punti 3 e 4).

Fig. 1 B - 14 miliardi di anni fa, dal nulla, si formò una piccolissima sfera di energia la quale promosse la formazione delle prime particelle di materia e di antimateria (Punto 1). Ma materia ed antimateria non potevano coesistere; Di conseguenza si annullarono a vicenda tramite l’annichilazione e produssero così tanta energia da espandere violentemente la sfera primordiale: Era appena avvenuto il big bang (Punto 2). Fortunatamente, dopo l’annichilazione, rimasero numerose particelle di materia (in quanto queste ultime erano più abbondanti delle particelle di antimateria); In questo modo, dalle particelle di materia superstite si formarono, dapprima, i primi atomi di Idrogeno e di Elio (Punto 3); Poi, dopo circa 1 miliardo di anni, si formarono anche le prime stelle e le prime galassie, fino ad arrivare all’universo come oggi lo conosciamo (Punto 4).

1.2 LA FORZA DI GRAVITA’

Ma cosa spinse gli atomi di idrogeno e di elio ad “addensarsi” ed a formare le stelle? E cosa spinse le stelle ad ammassarsi in modo tale da formare le galassie? La risposta a queste domande fu data intorno al 1680 dal fisico inglese Isaac Newton il quale, in seguito a numerosissime osservazioni, notò che tutti corpi dotati di massa (grandi o piccoli che siano) sono in grado di attrarsi a vicenda. (Fig. 2). Newton chiamò questa forza di attrazione con l’appellativo di “forza di gravità” e calcolò anche che essa è direttamente proporzionale al prodotto delle masse che si stanno attraendo mentre è inversamente Fig. 2 - Isaac Newton fu il primo uomo proporzionale al quadrato della distanza tra i corpi presi in considerazione ad intuire che tutti corpi aventi ed il tutto è confermato dalla rispettiva espressione matematica : massa si attraggono con una forza (detta forza di gravità) direttamente

𝒎𝟏·𝒎𝟐 𝒅𝟐^ proporzionale al prodotto delle rispettive masse ed inversamente proporzionale Dove: F = Forza di gravità , m 1 e m 2 = Masse dei corpi che si stanno al quadrato della loro distanza. attraendo , d = Distanza dei corpi presi in considerazione , G = Costante di gravitazione universale (6,67·10-11).

1.3 LA PROVA DEL BIG BANG: IL RED SHIFT

Oggi giorno esiste una prova inconfutabile che conferma la reale avvenuta del big bang : Il “red shift” o spostamento verso il rosso.

Il fenomeno del red shift fu osservato per la prima volta dall’ astronomo statunitense Edwin Hubble nel decennio 1920-1930. In quel periodo, infatti, Hubble stava studiando la luce proveniente dalle galassie con la speranza di capire meglio quali elementi atomici e quali corpi celesti fossero predominanti in queste ultime. Come è mostrato in figura 3 A , la luce delle Fig. 3 - La luce delle galassie, oltre ad essere formata da 7 tipi galassie, oltre ad essere formata da 7 tipi differenti di onde elettromagnetiche, presenta anche delle differenti di onde elettromagnetiche di varia sottilissime righe scure verticali dette “righe di Fraunhofer (A). lunghezza e frequenza , presenta anche delle Durante le sue osservazioni, però, Hubble notò che le righe sottilissime righe scure verticali le quali, di Fraunhofer si spostavano sempre verso la radiazione rossa: in onore del loro primo osservatore , furono Il “red shift” (B). chiamate “righe di Fraunhofer” ; La presenza delle righe di Fraunhofer è semplicemente dovuta al fatto che la luce delle galassie , prima di giungere sulla Terra , viene in parte assorbita dal materiale inter-galattico normalmente presente nell’ universo. Durante le sue osservazioni, però, Hubble notò che le righe di Fraunhofer presenti nella luce delle galassie “non erano statiche” ma si spostavano sempre verso la radiazione rossa : Il “red shift”. (Fig. 3 B).

Inizialmente, Hubble non riusciva a spiegarsi perché le galassie mostrassero il red shift ma poi, una scoperta effettuata circa 70 anni prima dal fisico francese Hippolyte Fizeau , gli venne in aiuto. Nel 1848, infatti, Fizeau scoprì che se si considera una sorgente luminosa in movimento , la velocità della luce che essa emana è sempre di 300000 Km/s , sia nella direzione in cui la sorgente luminosa si muove , Fig. 4 - Se consideriamo una sorgente luminosa in movimento, la sia nella direzione opposta al moto della velocità della luce che essa emana sarà sempre di 300000 Km/s ma: sorgente luminosa ; Ciò che, invece, varia Nella direzione concorde al moto aumenta la componente viola; è esclusivamente la rispettiva lunghezza Nella direzione opposta al moto aumenta la componente rossa. e frequenza d’onda. Più precisamente:

- Nella direzione concorde al moto → La luce viene “compressa” e, quindi, risulta avere una lunghezza d’onda minore ed una frequenza d’onda maggiore. In altre parole, se si analizza la luce di una sorgente luminosa in avvicinamento , si noterà un aumento della componente della radiazione viola (la radiazione luminosa che possiede una lunghezza d’onda minore ed una frequenza d’onda maggiore ); - Nella direzione opposta al moto , invece → La luce viene “dilatata” e, quindi, risulta avere una lunghezza d’onda maggiore ed una frequenza d’onda minore. In altre parole, se si analizza la luce di una sorgente luminosa in allontanamento , si noterà un aumento della componente della radiazione rossa (la radiazione luminosa che possiede una lunghezza d’onda maggiore ed una frequenza d’onda minore ). (Fig. 4).

L’UNIVERSO APERTO

Se la densità dell’universo è inferiore alla “densità critica” , allora il nostro universo è “aperto”. Ciò significa che, avendo l’ universo una densità inferiore ai 5·10-30g/cm^3 , la forza di gravità non sarà mai in grado di controbilanciare la forza di espansione ; Di conseguenza, l’universo si espanderà all’infinito. Ciò significa che, con il passare del tempo, le galassie si allontaneranno sempre di più, le stelle si disperderanno nello spazio intergalattico e si spegneranno l’una dopo l’altra, tutti i corpi celesti si sgretoleranno in molecole , le molecole in atomi e gli atomi nelle rispettive particelle sub-atomiche. Dagli attuali 3°K ( -270°C ) si passerà, così, a circa 0°K (-273°C o “zero assoluto” - nulla può essere più freddo dello zero assoluto ) e l’universo sarà per l’eternità un luogo freddo e buio. Questa espansione dell’universo prende il nome di “big rip” (il grande strappo ). (Fig. 6 C).

Fig. 6 - I tre possibili destini dell’universo: Chiuso→ Se la sua densità è maggiore della densità critica (A); Piatto→ Se la sua densità è pari alla densità critica (B); Aperto→ Se la sua densità è minore della densità critica (C).

1.5 IL VERO DESTINO DELL’UNIVERSO:

LA MATERIA OSCURA E L’ENERGIA OSCURA

Nel secolo scorso, gli astrofisici riuscirono ad ottenere una buona media del numero di stelle e di galassie presenti nell’universo e, calcolando la densità , videro che essa corrispondeva con buona approssimazione al valore critico di 5·10-30g/cm^3 ; Questo suggeriva che il nostro universo sarebbe stato un “universo piatto”. Quando, però, l’uomo pensò di avere appena dimostrato cosa sarebbe successo all’universo tra centinaia di miliardi di anni , un nuovo studio sulle galassie rimise tutto nuovamente in discussione.

LA MATERIA OSCURA Ogni galassia , oltre ad allontanarsi dalle altre, ruota anche intorno al proprio centro galattico (moto di rotazione delle galassie). Studi recenti sul moto di rotazione delle galassie hanno messo in evidenza che queste ultime ruotano intorno al proprio centro galattico con una velocità estremamente ridotta rispetto alla velocità di rotazione prevista inizialmente dagli astronomi. Quanto detto potrebbe essere giustificato solo se, oltre alle stelle ed agli altri corpi celesti previsti (pianeti, pianeti nani, satelliti, asteroidi e comete), le galassie custodissero un “secondo tipo di materia” la quale, non potendo essere direttamente visibile , prende il nome di “materia oscura”. Oggi giorno, grazie a numerosissime osservazioni ed a numerosissimi esperimenti, si sa con certezza che la materia oscura è formata dai “neutrini” : Piccolissime particelle neutre le quali , come vedremo nel capitolo 5 , si formano all’interno di tutte le stelle a causa delle rispettive reazioni di fusione nucleare. (Fig. 7). Fig. 7 - I neutrini sono A causa della materia oscura (ovvero, dei neutrini ), quindi, la densità piccolissime particelle dell’universo non corrisponde più al valore critico di 5·10-30g/cm^3 , neutre e rappresentano ma gli è superiore ; Quanto appena detto, quindi, suggerisce che gli unici componenti il nostro universo non è affatto “piatto” ma è “chiuso” e tutto della materia oscura. terminerà con il “big crunch” (il grande crollo ). Questa volta gli astrofisici erano davvero sicuri di aver finalmente dimostrato cosa sarebbe successo all’universo tra centinaia di miliardi di anni ma recenti studi sull’allontanamento delle galassie rimisero , per la seconda volta , tutto in discussione.

L’ENERGIA OSCURA

Durante i primi anni del 2000, infatti, gli astrofisici, osservando più nel dettaglio l’ allontanamento delle galassie , si accorsero che queste ultime non stavano decelerando come avevano ipotizzato a causa della materia oscura , anzi, stavano accelerando ; E con esse, naturalmente, anche l’intero universo stava accelerando la propria espansione. Gli astrofisici ritengono che questa inaspettata accelerazione dell’espansione dell’universo sia dovuta ad una energia misteriosa di cui, ancora oggi, non si sa nulla e, per questo motivo, prende il nome di “energia oscura”. La recente ipotesi dell’ energia oscura fa, quindi, ipotizzare che il nostro universo sia un universo “aperto” costituito per il 4% da materia visibile , per il 22% da materia oscura (o neutrini) e per il 74% da energia oscura Fig. 8 - Attualmente è noto che il nostro e sia destinato a dirigersi inesorabilmente universo sia formato per il 4% da materia verso il “big rip” (il grande strappo ). (Fig. 8). visibile, per il 22% da materia oscura e per Però, fin quando non si riuscirà a capire “cos’è l’energia oscura” il 74% da energia oscura; Ed è proprio e “da dove deriva” , meglio non azzardare previsioni certe quest’ultima ad accelerare l’espansione su quale sarà il destino del nostro universo. dell’universo ed a far ipotizzare che il nostro sia un universo “aperto”.

 L’anno luce (a.l.) , invece, corrisponde alla distanza percorsa dalla luce in un anno. Poiché la velocità della luce è di 300000 Km/s , un anno luce corrisponde a circa “9500 miliardi” di Km (Fig. 10 C). Ricorda: 1 pc= 3,26 a.l. mentre 1 a.l.= 0,30 pc.  L’unità astronomica (u.a.) , invece, corrisponde alla distanza media Terra-Sole (150 milioni di Km) ; Di conseguenza, è ovvio affermare che la Terra dista dal Sole “1 u.a.” (Fig. 10 D). Visto che la luce generata dal Sole impiega “8 minuti” per raggiungere la Terra , è giusto affermare anche che la Terra dista dal Sole ben “8 minuti luce”. Quanto appena detto, però, sta anche a significare che, ogni volta che osserviamo il Sole, non lo stiamo mai ammirando per come è fatto in quel preciso momento ma lo vediamo sempre per come era “8 minuti prima” ; Ad esempio: Il Sole potrebbe anche spegnersi in questo preciso momento , ma noi ci accorgeremo del suo “black out” solamente dopo 8 minuti.

Fig. 10 - Le 4 differenti unità di misura per esprimere le distanze astronomiche: I Kilometri (Km) vengono utilizzati per le distanze brevi (come la distanza Terra-Luna) (A); Un corpo celeste, invece, dista “1 parsec” quando il rispettivo angolo di parallasse misura esattamente “1 secondo” (B); L’anno luce è la distanza percorsa dalla luce in un anno (circa “9500 miliardi” di Km) (C); L’unità astronomica, in fine, è la distanza media Terra-Sole (150 milioni di Km - 8 minuti luce) (D).

CAPITOLO 3

LA VIA LATTEA

3.1 UNA “STRISCIA DI LATTE” NEL CIELO

Come è stato già accennato nel capitolo 1 , anche noi ci troviamo in una galassia ; La nostra galassia prende il nome di “Via Lattea” e fu così chiamata dagli antichi perché, se osservata ad occhio nudo durante le notti limpide , sembra una vera e propria striscia di latte. (Fig. 11 A). La Via Lattea cominciò a formarsi quando l’universo aveva circa 1 miliardo di anni (13 miliardi di anni fa) ed attualmente presenta una caratteristica forma a “spirale” : 2 grandi braccia periferiche si avvolgono attorno ad un unico nucleo centrale (osservabile nella costellazione del Sagittario ). Il diametro della Via Lattea è di circa 100000 anni luce mentre il suo spessore è di 15000 anni luce al centro e di 3000 anni luce in periferia. Delle tante stelle che popolano la Via Lattea , la stella a noi più vicina è il “Sole” e quest’ultima è posta precisamente su una delle 2 braccia della nostra galassia ad esattamente metà strada tra il centro e la periferia galattica. (Fig. 11 B).

Fig. 11 - La nostra galassia prende il nome di “Via Lattea” in quanto sembra uno “striscio di latte” immerso nel cielo (A). Essa è lunga 100000 anni luce e presenta una forma a spirale con un “nucleo centrale” (spesso 15000 anni luce) e 2 “braccia periferiche” (spesse 3000 anni luce). Il Sole, cioè la stella a noi più vicina, si trova su una delle 2 braccia, ad esattamente metà strada tra il centro e la periferia galattica (B).

3.2 LE “VICINE” DELLA VIA LATTEA

La nostra galassia non è isolata ma presenta alcune galassie che le sono relativamente vicine. Le più vicine in assoluto sono la “Grande Nube di Magellano” (posta tra le costellazioni della Mensa e del Dorado ) e la “Piccola Nube di Magellano” (posta nella costellazione dell’Idra maschio ). Le 2 Nubi di Magellano sono entrambe visibili ad occhio nudo ma solamente a sud dell’equatore ; Queste 2 galassie, inoltre, sono così chiamate perché il primo a documentare la loro esistenza fu il famoso navigatore portoghese Ferdinando Magellano durante uno dei suoi numerosi viaggi nell’ oceano Pacifico meridionale. (Fig. 12 A). Oltre alle 2 Nubi di Magellano , le altre 2 galassie più vicine alla Via Lattea sono: La galassia (o nebulosa ) di Andromeda (così chiamata perché situata nella costellazione di Andromeda ) e la galassia (o n ebulosa ) di Orione (così chiamata perché situata nella costellazione di Orione ). Anche le galassie di Andromeda e di Orione sono entrambe visibili ad occhio nudo ma, questa volta, solamente a nord dell’equatore. (Fig. 12 B e C). La galassia di Andromeda , inoltre, è di particolare interesse in quanto, oltre ad avere una forma ellittica e ad essere grande il doppio della Via Lattea , si sta anche lentamente avvicinando a noi a causa di una potente attrazione gravitazionale. Gli astrofisici hanno dedotto ciò osservando il “violet shift” della galassia in questione ed hanno calcolato che la fusione tra le 2 galassie dovrebbe avvenire tra circa “2,5 miliardi di anni”. (Fig. 12 D).

CAPITOLO 4

LE COSTELLAZIONI

4.1 COSA POSSIAMO OSSERVARE AD “OCCHIO NUDO”?

Ad eccezione delle 4 galassie citate nel capitolo precedente (la Grande e la Piccola Nube di Magellano , la galassia di Andromeda e la galassia di Orione ), tutti gli altri corpi celesti che noi siamo in grado di osservare ad occhio nudo quando alziamo lo sguardo al cielo, appartengono sempre e solo alla Via Lattea. Detto in altri termini, ad eccezione delle 4 suddette galassie , noi non siamo in grado di osservare ad occhio nudo corpi celesti extra-galattici.

4.2 89 DIFFERENTI COSTELLAZIONI

Visti dalla Terra, i suddetti corpi celesti, in primis le stelle , hanno sempre suscitato la fantasia di noi uomini; Infatti, i nostri antenati, spinti dalla loro immaginazione, cominciarono a raggruppare convenzionalmente le stelle in modo tale da formare figure di mostri ed eroi mitologici , animali ed oggetti : Questi convenzionali raggruppamenti di stelle prendono il nome di “costellazioni”. Gli antichi erano convinti che le stelle formanti una stessa costellazione fossero anche vicine nello spazio. Oggi, invece, si sa benissimo che le costellazioni non hanno alcun significato fisico e le stelle di una stessa costellazione possono trovarsi anche a distanze grandissime le une dalle altre. (Fig. 13 A). Oggigiorno il nostro cielo conta ben “89 costellazioni” e queste sono situate per metà nell’“emisfero celeste boreale” (quindi, sono visibili meglio dall’emisfero terrestre boreale ) e per metà nell’“emisfero celeste australe” (quindi, sono visibili meglio dall’emisfero terrestre australe ). I due emisferi celesti, inoltre, sono separati dall’ “equatore celeste” : La proiezione immaginaria nella volta celeste del nostro equatore terreste. (Fig. 13 B).

Fig. 13 - Le costellazioni sono raggruppamenti convenzionali di stelle ma le stelle di una stessa costellazione possono trovarsi anche a grandissima distanza le une dalle altre (A). Oggigiorno il nostro cielo conta ben “89 costellazioni” e queste sono situate per metà nell’“emisfero celeste boreale” e per metà nell’“emisfero celeste australe”. I due emisferi celesti, inoltre, sono separati dall’“equatore celeste” (B).

4.3 LE COSTELLAZIONI DELLO ZODIACO

Fra le 89 costellazioni che rivestono la volta celeste , le più note sono, senza ombra di dubbio, le “costellazioni dello zodiaco” le quali, coincidendo esattamente con l’ equatore celeste , sono ben visibili da entrambi gli emisferi terrestri. Ciò che ha reso le costellazioni dello zodiaco così interessanti dal punto di vista astronomico, però, non è tanto il fatto che esse coincidono con l’ equatore celeste ma è il fatto che esse sono le uniche costellazioni ad essere attraversate dall’“eclittica” ; Cioè: Dal moto apparente del Sole nella volta celeste. (Fig. 14 A).

E’ credenza popolare che le costellazioni dello zodiaco siano 12 : Ariete , Toro , Gemelli , Cancro , Leone , Vergine , Bilancia , Scorpione , Sagittario , Capricorno , Acquario e Pesci.

In realtà, se si osserva con attenzione l’ atlante celeste in figura 14 A e si segue la linea dell’ eclittica , si può notare come tale linea non passa attraverso 12 costellazioni ma ne attraversa “13” ; L’intrusa è la costellazione dell’ “Ofiuco” ( il cacciatore di serpenti ) la quale è attraversata dal Sole subito dopo che quest’ultimo ha lasciato la costellazione dello Scorpione. (Fig. 14 B).

Il fatto che le costellazioni dello zodiaco sono 13 era noto sin dall’alba dell’astronomia; Ma allora perché, fino ad oggi, si parla sempre e solo di “12 costellazioni dello zodiaco” escludendo , quindi, la costellazione dell’Ofiuco? Il motivo è da attribuire al popolo dei “Caldei” , cioè al popolo che diede vita al sistema zodiacale che oggi conosciamo. I Caldei , infatti, annoveravano il “12” come “numero fondamentale” ed inoltre, considerando solo 12 costellazioni dello zodiaco , effettuarono un perfetto parallelismo con i 12 mesi dell’anno. Per soddisfare le 2 suddette esigenze , quindi, i Caldei decisero di abolire la costellazione dello zodiaco che si estendeva maggiormente al di fuori dell’eclittica : L’Ofiuco.

Fig. 14 - Le 13 costellazioni dello zodiaco sono le uniche costellazioni ad essere attraversate dall’eclittica; Cioè: Dal moto apparente del Sole nella volta celeste. I puntini rossi rappresentano le stelle più luminose di ciascuna costellazione ed i rispettivi nomi sono posti “tra parentesi” sotto i nomi della costellazione a cui si riferiscono (A). Per effettuare un perfetto parallelismo tra le costellazioni ed i 12 mesi dell’anno, inoltre, i primi astronomi decisero di non considerare la costellazione dello zodiaco che si estende maggiormente al di fuori dell’eclittica: L’Ofiuco (B).

Gli astronomi, inoltre, hanno anche calcolato che l’ingresso del Sole in ciascuna costellazione avviene sempre e solo nei giorni mostrati in figura 15. Come si può ben notare, l’ingresso del Sole in ciascuna costellazione non coincide con i segni zodiacali riportati dai nostri calendari ; Il motivo di ciò, però, lo sveleremo solo quando parleremo del moto doppio-conico della Terra alla fine del capitolo 7.

Fig. 15 - L’ingresso del Sole in ciascuna costellazione non coincide mai con i segni zodiacali riportati dai nostri calendari.

4.5 LE COSTELLAZIONI BOREALI

Durante l’arco di un anno , la volta celeste non mostra mai le stesse stelle ma, al variare delle stagioni , variano le costellazioni che risplendono nei nostri cieli notturni. Più precisamente, nell’ emisfero boreale (il nostro emisfero), per ciascuna stagione , le stelle più luminose delle principali costellazioni formano delle “grandi figure geometriche” le quali sono facilmente osservabili: In primavera → Il diamante della Vergine ; In estate → Il triangolo estivo ; In autunno → Il quadrato di Pegaso ; In inverno → L’esagono invernale. IL DIAMANTE DELLA VERGINE Il diamante della Vergine è la grande figura geometrica che splende nei cieli boreali durante le tiepide notti primaverili. Il diamante della Vergine ha la forma di un “rombo” ed i suoi 4 vertici sono rappresentati da 4 stelle molto luminose appartenenti a “4 differenti costellazioni” : A nord → Cor Caroli (il cuore di Carlo) - La stella più luminosa della costellazione dei Cani da caccia ; Ad est → Arturo - La stella più luminosa della costellazione di Boote il bifolco ; A sud → Spica - La stella più luminosa della costellazione della Vergine ; Ad ovest → Denebola - La stella più orientale della costellazione del Leone.

Al centro del diamante della Vergine , inoltre, vi è anche presente la costellazione della Chioma di Berenice la quale, però, è poco visibile in quanto Fig. 18 - Il diamante della vergine****. non risulta avere alcuna stella di spiccata luminosità. (Fig. 18).

IL TRIANGOLO ESTIVO Il triangolo estivo è la grande figura geometrica che splende nei cieli boreali durante le tiepide notti estive ed i suoi 3 vertici sono rappresentati da 3 stelle molto luminose appartenenti a “3 differenti costellazioni” : A nord - est → Deneb - La stella più luminosa della costellazione del Cigno (o Croce del Nord ) ; A nord-ovest → Vega - La stella più luminosa della costellazione della Lira ; A sud → Altair - La stella più luminosa della costellazione dell’ Aquila.

Al centro del triangolo estivo , inoltre, sono presenti anche le costellazioni della Volpe (a nord) e della Freccia (a sud) le quali, però, sono poco visibili in quanto non risultano avere alcuna stella di spiccata luminosità. (Fig. 19).

Fig. 19 - Il triangolo estivo accompagnato, a sud-est, dalla costellazione del “Delfino”.

Affine al triangolo estivo è anche la costellazione del “Delfino”. Il delfino è una piccola costellazione situata ad est del triangolo estivo (tra il Cigno e l’ Aquila ); Essa è formata da 5 stelle ben visibili ad occhio nudo ma le 2 stelle più luminose sono:

1. Sualocin (α Delphini) → Situata nel dorso del Delfino ; 2. Rotanev ( β Delphini) → Situata nel ventre del Delfino. Apparentemente, i 2 suddetti nomi sembrano o arabi o russi ma, in realtà, sono “italiani”. Questi nomi, infatti, furono coniati da uno dei più famosi astronomi italiani del 1800: Niccolò Cacciatore. Ma che cosa significano? Niccolò Cacciatore era bramoso di poter donare il suo nome a qualche astro importante in modo tale che chiunque, alzando gli occhi al cielo e osservando l’astro in questione, si sarebbe ricordato di lui. A tale proposito, l’astronomo italiano decise di approfittare delle 2 stelle più luminose del Delfino (che fino a quel momento erano prive di nome) per poter coronare il suo sogno. Invece di chiamarle direttamente con il suo nome, però, Cacciatore utilizzò un simpatico espediente:  Prima di tutto, tradusse il suo nome e cognome in latino : - Niccolò→ Nicolaus ; - Cacciatore→ Venator.  Successivamente, scrisse al contrario entrambi i suddetti nomi latini : - Nicolaus→ Sualocin ; - Venator→ Rotanev. Ecco da dove derivano i nomi delle 2 stelle più luminose della costellazione del Delfino. (Fig. 19 - In basso a sinistra).

IL QUADRATO DI PEGASO Il quadrato di Pegaso è la grande figura geometrica che splende nei cieli boreali durante le umide notti autunnali ed i suoi 4 vertici sono rappresentati da 4 stelle molto luminose appartenenti , questa volta, tutte alla “stessa costellazione” : La costellazione di Pegaso ( il cavallo alato ). Le 4 stelle che formano il quadrato sono: A nord-est → Alpheratz - L’ombelico del cavallo ; A nord-ovest → Scheat - Le zampe del cavallo ; A sud-ovest → Markab - Il collo del cavallo ; A sud - est → Algenib - La coda del cavallo. Strettamente associata alla costellazione di Pegaso è la costellazione di Andromeda in quanto hanno la stella Alpheratz in comune. Alpheratz , infatti, è contemporaneamente sia l’ombelico di Pegaso , sia la testa di Andromeda. La costellazione di Andromeda ha una caratteristica forma a “V” con il vertice proprio in Alpheratz. Oltre ad Alpheratz , le altre 2 stelle più luminose di Andromeda sono Mirach ed Almach Fig. 20 - Il quadrato di Pegaso accompagnato, a nord-est, (entrambe poste sul ramo sud della V ) ed, inoltre, dalla costellazione di Andromeda. a nord della costellazione in questione, vi è anche la già descritta galassia o nebulosa di Andromeda. (Fig. 20).

L’ESAGONO INVERNALE L’ esagono invernale è la grande figura geometrica che splende nei cieli boreali durante le fredde notti invernali ed i suoi 6 vertici sono rappresentati da 6 stelle molto luminose appartenenti a “6 differenti costellazioni” : A nord-est → Castore - Una delle 2 stelle più luminose della costellazione dei Gemelli ; Ad nord -ov est → Capella - La stella più luminosa della costellazione dell’ Auriga ; Ad ovest→ Aldebaran - La stella più luminosa della costellazione del Toro ; A sud-ovest → Rigel - La stella più luminosa della costellazione di Orione ; A sud-est → Sirio - La stella più luminosa della costellazione del Cane maggiore ; Ad est → Procion - La stella più luminosa della costellazione del Cane minore.

CAPITOLO 5

LE STELLE

5.1 ENORMI SFERE DI FUOCO

<<Le stelle sono buchi nel cielo da cui filtra la luce dell’infinito>>. Era questo che gli antichi pensavano delle stelle ogni volta che le ammiravano durante le limpide notti passate. Oggi, invece, sappiamo benissimo che le stelle non sono altro che enormi sfere di fuoco in grado di produrre luce propria a causa delle numerose reazioni di fusione nucleare che avvengono nel loro interno. (Fig. 22). Fig. 22 - Le stelle sono enormi sfere di fuoco in grado di produrre luce propria.

5.2 LA NASCITA DELLE STELLE

Prima di diventare enormi sfere di fuoco , le stelle erano semplicemente delle vaste nubi gassose costituite principalmente da idrogeno. (Fig. 23 - Punto 1). Col passare del tempo, a causa dell’ attrazione gravitazionale , i suddetti atomi di idrogeno incominciarono ad ammassarsi gli uni sugli altri ; In questo modo:

1. Dapprima si formarono delle enormi sfere gassose prive di luce propria le quali presero il nome di “protostelle”. (Fig. 23 - Punto 2); 2. Successivamente, nel momento in cui la massa delle protostelle continuò ad aumentare a dismisura , ecco che nel loro interno, a causa di un aumento esponenziale dei valori di temperatura e pressione , si innescarono quei processi di fusione nucleare i quali, generando una grande quantità di energia luminosa , diedero vita alle “stelle”. (Fig. 23 - Punto 3).

Grazie alla presenza di numerosissime Fig. 23 - La nascita di una stella. “nubi gassose” attualmente esistenti , inoltre , tantissime altre stelle si formeranno anche in futuro. Tra le più famose nubi gassose attualmente esistenti ricordiamo:  I pilastri del creato (posti nella nebulosa dell’ aquila - costellazione della Coda del serpente ). (Fig. 24 A);  La nebulosa testa di cavallo (posta sotto Alnitak - la stella sinistra della cintura di Orione ). (Fig. 24 B).

Fig. 24 - Tra le più famose nubi gassose attualmente esistenti, dove è possibile la formazione di future stelle, ricordiamo: I pilastri del creato (A) e la nebulosa testa di cavallo (B).

5.3 LA STRUTTURA DELLE STELLE

In base alle attuali conoscenze nel campo della chimica e della fisica ed in base alle numerose osservazioni effettuate noi, oggi, siamo in grado di poter descrivere in maniera abbastanza precisa la struttura di una qualsiasi stella.

Ciascuna stella , infatti, è sempre suddivisa in “5 regioni” ; Dalla regione più interna alla regione più esterna distinguiamo:

1. Il nucleo ; 2. La zona radiativa ; 3. La zona convettiva ; 4. La fotosfera. 5. La corona. (Fig. 25). IL NUCLEO Il nucleo è la parte più interna di una stella ed è qui che avvengono le importantissime reazioni di “fusione nucleare”. La più semplice e la più comune reazione di fusione nucleare è quella che comporta la trasformazione di 4 nuclei di idrogeno in 1 nucleo di elio ; Fig. 25 - La struttura interna di una stella. Naturalmente si parla di “nuclei” e non di “atomi” perché, a causa delle elevatissime condizioni di temperatura e pressione presenti nei nuclei stellari , gli elettroni sono stati completamente separati dai rispettivi nuclei atomici. La fusione dei 4 nuclei di idrogeno in 1 nucleo di elio prende anche il nome di “ciclo protone-protone” ed avviene con la seguente modalità: 1. 2 protoni interagiscono tra loro formando un nucleo di elio-2 ; 2. I nuclei di elio-2 , però, sono altamente instabili. Di conseguenza, uno dei 2 protoni si trasforma in un neutrone rilasciando un “positrone” (cioè, l’ antielettrone ) ed un “neutrino”. In questo modo, il nucleo di elio-2 diventa un nucleo di idrogeno-2 (o deuterio ); 3. I positroni , una volta prodotti, interagiscono immediatamente con gli elettroni presenti nelle vicinanze , si annichiliscono a vicenda e rilasciano radiazioni elettromagnetiche sotto forma di “raggi γ” ( raggi gamma ); 4. I neutrini , invece, avendo una massa infinitesimale , non interagiscono con la materia che li circonda e fuoriusciranno immediatamente dalle stelle che li hanno prodotti per poi diffondere nell’universo e costituire l’ormai nota “materia oscura” ; 5. Successivamente, il nucleo di idrogeno- interagisce con 1 terzo protone formando 1 nucleo di elio-3. La suddetta interazione, però, comporta una perdita di energia sotto forma di “raggi γ” ; 6. Il nucleo di elio-3 , in fine, interagisce con un altro nucleo di elio-3 proveniente da un secondo ciclo protone-protone. Da questa interazione si formerà “1 nucleo di elio-4 ” mentre i 2 protoni che si libereranno saranno in grado di ricominciare un nuovo “ciclo protone- protone”. (Fig. 26).

A loro volta, i nuclei di elio-4 possono intraprendere “ulteriori cicli” di fusione nucleare formando “elementi sempre più pesanti ”. E’ dai nuclei stellari , quindi, che a partire da idrogeno ed elio si sono poi formati tutti gli altri elementi esistenti in natura. Possiamo, quindi, affermare senza ombra di dubbio che le stelle sono grandi serbatoi di elementi e che tutti noi siamo , Fig. 26 - Il ciclo protone- protone è alla base effettivamente, “figli delle stelle”. delle reazioni di fusione nucleare che avvengono nei nuclei delle stelle.