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Ed eccoci al primo piccolo salto fuori dalla Terra, alla ricerca di vite extraterrestri.

Perchè iniziare proprio con Marte? Beh! presumo che ognuno di voi abbia una risposta già bella e pronta….ma cercherò di giustificare, in ogni modo, questa mia scelta.

Prima motivazione, per di più molto banale…è che vorrei affrontare la tematica, di post in post, proprio come un lungo viaggio che ci porterà dalla Terra fino ai più remoti angoli conosciuti dell’Universo. Dunque, per evitare un “primo viaggio” troppo impegnativo e traumatico…ho deciso di rivolgere la mia attenzione a quello che viene considerato inconfutabilmente il pianeta del Sistema Solare più simile alla Terra! MARTE!!!

Perchè Marte è il pianeta più simile al nostro? Per una serie di ragioni prima tra le quali, e forse più interessante, è che non soltanto il pianeta rosso si trova a sole poche decine di milioni di chilometri da noi…ma orbita proprio ai confini esterni della fascia di abitabilità del Sistema Solare. Ma cosa è questa fascia di abitabilità? Come dice la parola stessa è l’intervallo di distanze dal Sole entro il quale le condizioni sono tali da permettere l’eventuale esistenza di forme di vita come noi le conosciamo. Per condizioni si intendono, temperatura, irraggiamento, bombardamento da parte di particelle ad alta energia etc.

La zona abitabile in diversi sistemi con stelle di masse differenti (al centro vi è il nostro Sistema Solare Non in scala. (Fonte Wikipedia).

Se volete approfondire l’argomento vi rimando al link Wikipedia dove potrete trovare molte informazioni interessanti.

Ora….la Terra orbita esattamente nella zona centrale della fascia di abitabilità, come è ovvio supporre, e ai confini opposti abbiamo Venere e Marte. Vi domanderete dunque….perchè non considerare anche Venere in questa discussione?

Beh! se pensate che possano sopravvivere forme di vita ad una temperatura superficiale di oltre 460 °C (il piombo fonde!!!), un’atmosfera che contiene acido solforico ed una pressione atmosferica 92 volte superiore a quella terrestre (in effetti per la pressione la cosa sarebbe possibile come accade sulla Terra nella profondità dei mari) …beh…allora ne discuteremo. Anche se ci tengo a sottolineare che niente è da escludere..poichè nell’Universo potrebbero esistere forme di vita come noi non le conosciamo.

Torniamo dunque su Marte e proviamo a capire quali sono le possibilità della presenza di vita sulla sua superficie. Il pianeta rosso ha molte caratteristiche peculiari che lo renderebbero un candidato ideale alla nostra ricerca. Tanto per cominciare possiamo riscontrare una serie di analogie con le condizioni terrestri. Il giorno marziano, ad esempio, è praticamente identico a quello terrestre: 24 ore e 37 minuti circa! Anche Marte presenta 4 stagioni in un anno che dura circa il doppio di quello terrestre.

La temperatura alla superficie, inoltre, non è estremamente proibitiva e in alcuni periodi si posso raggiungere anche più di 20°C! In ogni modo l’intervallo di temperature va da circa -140 °C a +27 °C con un valore medio intorno ai -55°C.

Pare, inoltre, che la presenza di acqua sia ormai accertata. Durante il mio dottorato di ricerca, in effetti, mi sono occupato dello sviluppo di sensori proprio per la misura della concentrazione di vapore acqueo in atmosfera marziana.

E dunque…abbiamo anche l’acqua!

Evidenze della presenza di acqua su Marte da due immagini a confronto scattate in tempi differenti (fonte NASA)

A questo punto verrebbe naturale affermare….”caspita basta allora fare un piccolo salto appena fuori dalla Terra e trovare già un luogo favorevole alla vita!”

In effetti parrebbe proprio così se non iniziassimo, però, ad analizzare tutti gli aspetti caratteristici di Marte e che remano contro questa possibilità.

Prima di tutto la temperatura! Si…come abbiamo visto gli intervalli di temperatura non sono totalmente sfavorevoli ma si deve considerare che per la maggior parte del tempo siamo sotto i -50 °C!!! ma anche in Antartide abbiamo temperature oltre i -70°C e molte forme di vita sopravvivono benissimo…anche se per la maggior parte sono microorganismi. Questo è vero..però a causa dell’atmosfera estremamente rarefatta di Marte, l’escursione termica giornaliera è tale da rendere difficile la presenza di forme di vita almeno in superficie. Pensate che dalla notte al giorno di possono avere salti di oltre 100 °C!

Ho appena accennato all’atmosfera…. ecco, dunque, un ulteriore punto a sfavore…!

La pressione media atmosferica alla superficie è circa 5-7 mbar…se considerate che la pressione sulla cima del monte Everest è di circa 380 mbar (1000 mbar al livello del mare) ci troviamo in condizioni di pressione oltre 60 volte inferiori a quelle dell’Everest! ed è risaputo che sul monte Everest le condizioni non sono propriamente favorevoli alla vita…

A questo punto ci si potrebbe chiedere..”va bene…siamo in condizioni tali per cui è altamente improbabile trovare forme di vita superiore..ma microorganismi..come batteri o virus?”.

La ricerca ci ha fatto oggi comprendere come alcuni microorganismi possano sopravvivere in condizioni estremamente sfavorevoli. Basti pensare ad esempio alle incredibili capacità di sopravvivenza di alcuni microbi che possono sopravvivere intrappolati dentro a cristalli di ghiaccio, seppelliti sotto uno strato di 3 chilometri di neve. E alcuni di essi pare proprio che possano sopravvivere in queste condizioni per oltre 100.000 anni.

Non ci credete? Bene..recentemente un gruppo di scienziati ha riportato in vita un batterio che era rimasto in “letargo” in un lago ghiacciato dell’Alaska per 32.000 anni !!! E non esistono soltanto esseri capaci di resistere alle bassissime temperature ma anche quelli in grado di vivere e proliferare in prossimità delle bocche vulcaniche sottomarine a temperature di 100 °C.

Ma sulla superficie di Marte…a causa dell’atmosfera rarefatta dobbiamo tener conto della radiazione solare che non viene filtrata come avviene sulla Terra…

Per ora mi fermo qui..altrimeni rischio di scrivere un libro…

Conto di continuare la discussione entro i prossimi tre giorni.

A Presto

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Molto spesso è capitato che mi rivolgessero la seguente domanda:

“Ma secondo te esistono forme di vita fuori dalla Terra?”

E’ una domanda alla quale oggi non è possibile dare una risposta certa….ma un parere che alla fine dei conti sia esso positivo o negativo non può in ogni modo essere confutato!

La mia opinione? la mia opinione è che se osserviamo il cielo stellato o se osserviamo l’Universo a tutte le scale cosmiche scorgiamo stelle e galassie che, nonostante differenze peculiari, si ripropongono nello stesso modo in tutte le direzioni….

Ad oggi stiamo iniziando ad avere, sempre di più, prove indirette della presenza di altri sistemi planetari intorno ad alcune stelle a noi “vicine” ed alcuni di questi pianeti pare si trovino ad orbitare ad una distanza dalla stella centrale che renderebbe favorevole il proliferare di forme di vita.

In breve… sostengo fermamente l’esistenza di forme di vita extraterrestri…siano esse semplici forme batteriche o civiltà evolute come o più della nostra. Nel film “Contact“, magistralmente interpretato da Jodie Foster, la dottoressa Eleanor afferma che “se fossimo soli in quest’universo… sarebbe tutto spazio sprecato”…niente di più vero! Basti pensare che una dei più grandi miracoli dei quali siamo testimoni è l’incredibile capacità della Natura di organizzare il mondo delle cose in sistemi via via più complessi che…a partire da poche semplici particelle elementari ha scandito il ritmo evolutivo fino alla realizzazione di sistemi complessi come il nostro corpo umano. Ciò che più sorprende è l’evidenza che questo meccanismo evolutivo pare sia “programmato” al fine di massimizzare le risorse che il sistema Cosmo ha a disposizione.

Non reputo dunque realistico il fatto che l’evoluzione cosmica si sia spinta fino allo stadio di vita soltanto sul nostro piccolo pianeta Terra….ma che l’organizzazione in sistemi biologicamente complessi sia avvenuta parallelamente in tutto l’Universo.

L’atteggiamento generale della comunità scientifica nei confronti di tale possibilità è cambiato drasticamente. Oggi vi sono programmi scientifici e di esplorazione planetaria incentrati alla ricerca di forme di vita fuori dalla Terra per i quali vengono impiegati considerevoli investimenti. Dall’esplorazione di pianeti e satelliti come Marte o Titano all’ascolto di segnali radio provenienti da sistemi stellari lontani, come nel caso del progetto SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence).

Il nuovo atteggiamento della comunità scientifica sarà certamente l’impulso propositivo più importante al fine di fornire una risposta alla questione forse più annosa per la quale l’Uomo ha la necessità di avere una risposta:

Siamo soli nell’Universo?

Ho intenzione, dunque, di affrontare quest’affascinante tematica in una serie di post che seguiranno e nei quali discuterò (e se volete discuteremo insieme), di tutti gli aspetti che coinvolgono l’argomento “Vita nell’Universo”:

- Gli antichi pensavano che vi fossero altre forme di vita fuori dalla Terra?

- Il nostro Sistema Solare può essere abitato al di fuori del nostro pianeta?

- Dove rivolgere la nostra ricerca di tracce di altre forme di vita?

- Esistono civiltà evolute come e più della nostra?

- Di quale forma o di quale costituzione potrebbero esseri i nostri cugini alieni

E tra i tanti argomenti mi auguro che vogliate partecipare con un vostro personale contributo o con questioni sempre nuove che potremmo trattare insieme.

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Il pensiero scientifico ha sostenuto nei secoli un processo lungo ed impegnativo fatto di percorsi che, sovente, hanno introdotto interpretazioni errate, distorte o semplicemente parziali dei fenomeni naturali. Ciò nonostante, ogni nuova concezione, sia essa risultata valida o meno, ha indotto una maturazione delle idee grazie alla quale la realtà si è profilata pian piano ai nostri occhi in modo del tutto nuovo … Una realtà molto più “profonda” di come un’analisi superficiale indurrebbe, invece, a rappresentarla. Tale processo, che ha coinvolto tutte le discipline dello scibile umano, ci ha tra l’altro prospettato una nuova ed affascinante idea di Universo, ancora oggi ricca di incognite e certamente non definitiva.

Il cosmo, almeno in occidente, è stato “pensato” per molti secoli secondo lo schema di Tolomeo, nel quale la Terra, centro di “ogni cosa” ne era perno immobile e centrale. Stelle, Sole e pianeti, gregari in moto, svolgevano il loro ruolo attorno all’uomo che, da creatura divina, ne era non soltanto lo spettatore, ma addirittura il protagonista indiscusso.

Nonostante per le necessità dell’epoca tale concezione potesse rappresentare il moto degli astri con sufficiente approssimazione, essa si fondava su presupposti tutt’altro che fisici ed era incentrata sull’idea che un complesso sistema di deferenti ed epicicli fosse il fondamento dei meccanismi alla base dei moti planetari.

Circa cinque secoli fà, però, iniziò un processo evolutivo della conoscenza che portò alla definitiva rottura fra la concezione scientifica del mondo e l’antropocentrismo religioso. Il XVI secolo inaugurò, infatti, un processo di “declassamento” del ruolo dell’uomo, iniziato da Nicholas Copernicus (1473-1543) con il “De Revolutionibus Orbium Coelestium” e terminato da Charles Robert Darwin (1809-1882) con “L’origine della specie”.

A causa della costruzione di strumenti sempre più precisi, che mettevano in evidenza rilevanti discordanze fra i dati osservativi e le previsioni dovute al “modello geocentrico”, il grande costrutto sostenuto per più di millequattrocento anni iniziò pian piano a vacillare. Le discrepanze osservate vennero colmate con l’ideazione di varianti via via più complesse, ma per tale ragione il sistema stava, poco alla volta, cedendo sotto i colpi delle nuove tecnologie.

La grandezza di Copernico fu di sostenere fino in fondo l’ipotesi “eliocentrica”, idea, tra l’altro, già prospettata da Aristarco di Samo nel 300 a.C. circa. Ponendo al centro dell’Universo il Sole e considerando la Terra alla stregua degli altri pianeti, egli riuscì a concepire un modello molto più semplice di quello tolemaico, descrivendo il percorso degli astri sulla volta celeste senza l’ausilio della macchinosità delle vecchie concezioni. In tal modo riuscì a render conto del moto retrogrado dei pianeti, noto fin dall’antichità, e a giustificare il fatto che Mercurio e Venere avessero un’elongazione solare massima mai superiore a poche decine di gradi.

Tuttavia, nonostante la grande intuizione, nella descrizione copernicana dell’Universo restavano ancora tracce dell’antica dottrina e l’accuratezza dei calcoli non fu comunque maggiore di quella ottenuta nell’ambito del modello tolemaico. L’indiscutibile contributo dell’opera di Copernico fu però di portata enorme. Egli aveva ormai aperto la strada a nuove idee che di lì a breve avrebbero scardinato in modo definitivo il conservatorismo scientifico fortemente voluto e sostenuto dalla Chiesa, aprendo la strada ad un nuovo modo di vedere il mondo.

Verso la fine del 1500, infatti, le abilissime e sistematiche capacità matematiche di Joanne Kepler (1571-1630), coadiuvate dall’eccellente lavoro osservativo perpetrato da Tycho Brahe (1546 - 1601), fornirono gli strumenti necessari a dimostrare inconfutabilmente la centralità del Sole.

Keplero, apprezzato per la sua eccezionale metodicità, dimostrata in uno stravagante lavoro intitolato “Mysterium Cosmographicum”, fu accolto da Tycho Brahe a Praga, con l’espressa richiesta di ricostruire l’orbita di Marte a partire dai dati osservativi che lo stesso Brahe aveva accumulato in molti anni di meticolose osservazioni. Contrariamente a quanto Keplero si attendeva, l’orbita di Marte non poteva in alcun modo essere descritta considerando per essa una forma circolare. Ciò valeva sia nel caso si adottasse il vecchio sistema di deferenti ed epicicli, sia considerando il più recente modello copernicano. Nonostante gli innumerevoli accorgimenti adottati, le discrepanze erano sempre superiori ai 3 minuti d’arco, dello stesso ordine di grandezza degli errori di misura. Fu proprio tentando di risolvere questo enigma che Keplero si rese presto conto della necessità di ricostruire nel modo più accurato possibile la forma dell’orbita della Terra. Era possibile, infatti, che tali discrepanze derivassero da un’errata collocazione di quest’ultima.

Grazie all’enorme mole di dati ereditati dal lavoro di Thyco Brahe, Keplero scoprì che la velocità apparente del Sole lungo l’eclittica non era uniforme e che in ogni periodo dell’anno siderale, quando la posizione del Sole si proiettava sullo stesso sfondo di stelle fisse, essa si riproponeva con i medesimi valori. Di conseguenza, se la Terra orbitava intorno al Sole, ciò significava che la sua traiettoria doveva essere chiusa! Conclusione affatto scontata per l’epoca!

Ma come ricostruire la forma e le dimensioni dell’orbita terrestre? Fu proprio grazie alle osservazioni di Marte, che Keplero ottenne la sua soluzione …

Ogni pianeta ha un proprio periodo di rivoluzione intorno al Sole, al termine del quale si ritrova ad occupare la medesima posizione originaria rispetto alla stella. Nel caso di Marte tale periodo è di circa 687 giorni. Considerando come punto di partenza il momento in cui Marte era in opposizione di fase rispetto al Sole, e per la precisione il momento in cui Marte, Sole e Terra si trovavano lungo la stessa direzione rispetto ad un particolare sfondo di stelle fisse, era possibile tracciare una “linea di base” da usare come riferimento.

Dopo 687 giorni, Marte tornerà ad occupare la stessa posizione rispetto al Sole, ma non rispetto alla Terra, la quale, a sua volta, ha un periodo siderale di circa 365 giorni. Il sistema formato dai tre “punti”, Terra, Sole e Marte, darà così luogo a un triangolo e ciò si ripeterà dopo molte altre rivoluzioni di Marte intorno al Sole.

Keplero comprese che, grazie al fatto che Marte e Sole si disponevano, nei periodi considerati, lungo una stessa direzione di riferimento, uguale per tutti i triangoli, fosse possibile determinare la forma dell’orbita terrestre, adottando il metodo trigonometrico della “triangolazione”. Nota la forma dell’orbita terrestre, sarebbe stato possibile ricostruire la traiettoria di Marte intorno al Sole. Mentre l’orbita terrestre risultò essere molto prossima ad una circonferenza, Keplero dovette concludere che quella di Marte fosse particolarmente eccentrica.

Egli giunse, così, alla conclusione che, solo adottando un’orbita ellittica, con il Sole posto in uno dei due fuochi dell’ellisse, era possibile render conto delle osservazioni entro i limiti degli errori di misura. In questo modo, i calcoli si accordarono, come mai prima d’allora, con i dati osservativi. Tale concetto fu successivamente esteso a tutti i pianeti del sistema solare, Terra compresa.

Fu grazie, dunque, a quella “potente lanterna” (così Albert Einstein definisce Marte in “Come io vedo il mondo”) che i risultati poterono essere pubblicati da Keplero nei suoi “Commentariis de motibus stellae Martis” nel 1609. In essi ritroviamo le prime due delle famose tre leggi di Keplero:
I pianeti percorrono orbite ellittiche intorno al Sole, il quale occupa uno dei fuochi.
Il raggio vettore, che congiunge il centro del Sole con il centro dei pianeti, descrive aree uguali in tempi uguali.
La terza legge di Keplero fu invece divulgata nella sua opera “Harmonices Mundi”, nel 1619:
Il quadrato dei periodi di rivoluzione dei pianeti è proporzionale ai cubi dei semiassi maggiori delle loro orbite.

Le leggi di Keplero segnano, dunque, la fine della dottrina geocentrica e l’inizio della meccanica celeste e della nuova astronomia. Essendo però soltanto delle leggi empiriche, esse non forniscono la ragione di tale comportamento dei pianeti. Le leggi di Keplero, come vedremo la prossima volta, sono infatti la conseguenza di una teoria ben più generale.

In quegli stessi anni, intanto, Galileo Galilei (1564-1642) puntava il suo piccolo cannocchiale verso il cielo, rivelando meraviglie fino ad allora celate agli occhi dell’uomo. La visione di Giove con i suoi quattro satelliti sembrava riprodurre su piccola scala il moto dei pianeti intorno al Sole. Le fasi di Venere, la presenza delle macchie sulla superficie del Sole, che ne risaltavano il suo moto di rotazione, erano chiare evidenze della “corruzione” dei cieli. Il contributo di Galileo Galilei non si fermò, però, alla sola osservazione telescopica. Egli si trovò, infatti, a dover affrontare un periodo storico ostile al sorgere di concezioni innovative e dovette combattere e … “soccombere” all’oscurantismo allora vigente negli ambienti ecclesiastici.

Nel 1632, Galilei pubblicò il “Dialogo sopra i due Massimi Sistemi del Mondo”, nel quale esponeva le opinioni contrapposte di Salviati, il copernicano, e di Simplicio, il tolemaico, moderati da un terzo personaggio, che prendeva il nome di Sagredo. Dall’opera veniva fuori un chiaro ed esauriente quadro delle due dottrine, cosa che, senza l’ausilio della complessità matematica, rese accessibile ad un vasto pubblico ciò che fino ad allora era rimasto campo di competenza esclusivo degli esperti.

Benchè apparentemente sembrava esserci un perfetto equilibrio dialettico fra Salviati e Simplicio, l’opera minava implicitamente la vecchia concezione geocentrica. Ciò fu sufficiente per fornire alla Chiesa il pretesto per mettere al bando, nel 1633, il trattato sui “Massimi Sistemi”, obbligando Galileo ad abiurare le proprie convinzioni relative al sistema eliocentrico.

Gli ultimi anni della sua vita Galileo li trascorse presso la sua villa ad Arcetri, colpito da cecità, ma la sua opera non era ancora ultimata … Abbandonando, almeno apparentemente, ogni accenno alla teoria copernicana, Galileo si dedicò quasi completamente agli studi sulla meccanica, sviluppandone gli aspetti principali con una capacità scientifica tale da decretare ai posteri il suo genio indiscutibile. Con i “Discorsi e Dimostrazioni intorno a Due Nuove Scienze”, scardinò nei fondamenti la dottrina aristotelica, partendo da pochi assiomi generali.

Il principio della relatività del moto, il principio d’inerzia, la legge sulla caduta dei gravi, il moto parabolico, furono discussi in modo esemplare, utilizzando come fondamentale strumento di sintesi la matematica che, a partire da quell’epoca, venne considerata senza dubbio il migliore strumento per rappresentare i fenomeni fisici.

Ironia della sorte, il lavoro, indirettamente indotto dagli eventi successivi all’inquisizione subita da Galileo, costituì un ulteriore e fondamentale tassello, la cui forma completa stava per essere raggiunta. Il passo più grande, infatti, non era ancora stato fatto: la formulazione di una legge universale che potesse essere applicata non solo al nostro Sistema Solare ma all’intero Universo.

Era davvero possibile che il moto dei pianeti fosse regolato da una legge universale? Oppure le regolarità osservate nel nostro Sistema Solare erano da considerarsi semplicemente “locali”?

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Per millenni gli uomini hanno contemplato il cielo mediante l’unica risorsa con la quale era possibile captare, in modo distinto, la radiazione elettromagnetica proveniente dallo spazio: la vista. Nonostante ciò, le scoperte e le intuizioni degli astronomi del passato hanno condotto verso una concezione dell’Universo molto vicina a quella raggiunta da noi oggi, grazie a tecnologie d’avanguardia. Tutto ciò è straordinario, soprattutto se pensiamo come gli uomini abbiano ottenuto così tanto con le “sole” informazioni provenienti dalla banda visibile! Soltanto una piccola percentuale di fotoni provenienti dallo spazio possiede, infatti, frequenze proprie di questa banda e per questa ragione è percepibile dalla retina.

Le ragioni della sensibilità dell’occhio umano alla radiazione visibile sono, ovviamente, di carattere strettamente evolutivo e condizionate, dunque, dall’ambiente nel quale ci siamo sviluppati. Il Sole presenta il suo picco di emissione proprio in questa banda di frequenze e la maggior parte degli esseri viventi, a partire dall’uomo, ha conseguentemente “imparato” a sfruttare al meglio la vista, adeguandone le capacità alla radiazione luminosa predominante, nella quale siamo da sempre immersi. Lo sfruttamento ottimale delle risorse percettive è risultato, dunque, un vantaggio competitivo nella lotta alla sopravvivenza. D’altro canto, l’atmosfera della Terra ha protetto le forme di vita in essa presenti dalla pericolosità delle radiazioni più energetiche, impedendo a una buona parte dei fotoni di raggiungere la superficie. La nostra atmosfera, infatti, presenta soltanto alcune “finestre” di frequenza attraverso le quali le onde elettromagnetiche possono giungere fino al livello del mare.

Se consideriamo lo “sbarramento” provocato dall’atmosfera e il fatto che gli strumenti a nostra disposizione non siano stati sufficientemente avanzati se non in questi ultimi decenni, si comprende come nel passato fosse praticamente impossibile accedere a tutta la mole di informazioni che giungeva comunque da ogni parte dell’Universo. Non è un caso, inoltre, che le prime misure in altre bande di frequenza, prima della conquista dello spazio, si siano avute proprio nell’infrarosso e nella banda radio, le uniche, oltre quella visibile, per le quali fosse possibile ricevere fotoni sulla superficie terrestre.

Con il finire del XIX secolo, le scoperte della fisica, della chimica e delle scienze in generale, hanno dato grande impulso al processo di sviluppo di nuove tecnologie. Nel 1800, Sir William Herschel, allo scopo di comprendere come l’energia della radiazione luminosa solare si distribuisse nei vari colori, scompose la luce bianca del Sole, ripetendo l’esperimento fatto da Newton con il prisma, e misurò la temperatura di ciascun colore dello spettro. Sir Herschel notò che ponendo il termometro al di là del colore rosso, dove non vi era più alcuna luce visibile, si verificava comunque un incremento di temperatura, che testimoniava la presenza di un trasporto di energia. Fu proprio William Herschel a battezzare quei raggi invisibili con il nome di raggi “infrarossi”. Fatta eccezione, però, per un tentativo di rilevamento della radiazione infrarossa emessa dalla Luna, avvenuta intorno alla metà del XIX secolo, per più di un secolo dalla scoperta di Herschel le capacità tecniche degli astronomi rimasero ben al di sotto della soglia di sensibilità necessaria per la “cattura” delle radiazioni elettromagnetiche, invisibili all’occhio umano, provenienti dallo spazio.

La prima scoperta di segnali radio, extraterrestri, che giungevano dal centro della nostra galassia, avvenne per caso agli inizi degli anni trenta del secolo scorso, grazie al lavoro di Karl Jansky [vedi articolo "Breve storia della radioastronomia"].

Tale scoperta diede l’impulso necessario ad accendere in taluni scienziati l’interesse verso ciò che di nuovo si stava prospettando. Lo sviluppo di strumenti di nuova concezione che ne scaturì ha, così, definitivamente aperto la via a ciò che possiamo oggi definire la “nuova Astronomia”. Da allora siamo stati testimoni di una vera e propria rivoluzione scientifica, che ha avuto il suo culmine nella conquista dello spazio. Il superamento della barriera naturale costituita dall’atmosfera ci ha dato, infatti, la possibilità di osservare l’Universo da una posizione “privilegiata”, dalla quale tutti i fotoni, provenienti da ogni direzione dello spazio, potevano essere finalmente captati senza alcun impedimento.

Ma come è possibile ottenere informazioni utili, “semplicemente” studiando la radiazione elettromagnetica?

Le frequenze alle quali osserviamo i diversi fenomeni dell’Universo dipendono dalla natura dei processi fisici che sono alla base dei meccanismi di emissione della radiazione. Per esempio, osservare il cielo a diverse frequenze implica osservarlo a diverse temperature. Ogni corpo che abbia una temperatura superiore allo zero assoluto, come ad esempio il nostro Sole o anche un semplice cubetto di ghiaccio, emette una certa quantità di energia, dovuta principalmente all’agitazione termica degli atomi che lo costituiscono. Si parla in questo caso di “emissione termica”. Tale meccanismo di emissione può essere descritto utilizzando un oggetto ideale, detto “corpo nero”. In un corpo nero, la mutua interazione fra gli atomi delle pareti conduce l’oggetto a una situazione di equilibrio, definito come “equilibrio termico”. All’equilibrio termico, l’insieme di tutti gli atomi presenta una distribuzione continua di energia, caratterizzata da un andamento ben definito, regolato dalla famosa “legge di Planck”. Grazie a questa legge si deduce che un corpo nero, a una data temperatura, emette intorno a un valore massimo di energia, al quale corrisponde un determinato valore di frequenza.

In altre parole, se un oggetto è caldo come il nostro Sole, emetterà principalmente intorno alle frequenze caratteristiche del giallo. Se invece è più freddo, il massimo dell’emissione si avrà a una frequenza più bassa e il colore predominante sarà il rosso. Nel caso di stelle molto più calde del Sole, il massimo dell’emissione nel visibile cadrà nei colori vicini al blu. Grazie al colore delle stelle possiamo, dunque, dedurre informazioni sulla temperatura della loro fotosfera e comprendere come questa possa avere valori estremamente differenti a seconda dell’oggetto da cui viene emessa.

Gli astronomi hanno dimostrato che i valori di temperatura e luminosità che caratterizzano ogni stella seguono un caratteristico andamento “colore - luminosità intrinseca”, detto diagramma di Hertzsprung-Russell. Mediante questo diagramma è stato possibile ricostruire la storia evolutiva delle stelle, il ciclo cioè che, da un’informe massa iniziale di idrogeno, porta le stelle a divenire delle fornaci nucleari, all’interno delle quali vengono sintetizzati gli elementi chimici, a partire dall’idrogeno. Alla fine di questo ciclo evolutivo, molte stelle restituiranno allo spazio cosmico i materiali processati al loro interno, arricchendolo di elementi essenziali anche per la formazione della vita.

Scomponendo la radiazione visibile proveniente dalle stelle nelle sue componenti, grazie alle “righe di assorbimento” presenti nello spettro, possiamo ricavare informazioni sugli elementi presenti negli strati più esterni della stella o su quelli presenti nel mezzo interstellare che eventualmente si frappone tra noi e la stella, possiamo determinare la velocità di allontanamento o avvicinamento della stella, e molto altro ancora. Si può comprendere, quindi, quanto le onde elettromagnetiche siano ricche di informazioni e come l’accesso alla “nuova Astronomia” possa essere intesa, in tal senso, come una vera e propria rivoluzione scientifica. Quanto descritto, infatti, è in linea di principio applicabile a tutte le frequenze dello spettro elettromagnetico. Oggetti, la cui temperatura è di poche centinaia di gradi, emetteranno a frequenze più basse di quelle corrispondenti al colore rosso, manifestandosi nell’infrarosso o nella banda radio. Viceversa, oggetti caratterizzati da temperature molto elevate emetteranno alle alte frequenze, nell’ultravioletto, in banda X e gamma. Dall’astronomia infrarossa a quella radio, dalle misure X a quelle gamma, le scoperte che sono seguite hanno rivelato realtà estremamente diverse tra loro, mostrando oggetti straordinari e fenomeni del tutto nuovi, alcuni dei quali hanno addirittura confermato teorie proposte in tempi antecedenti alle scoperte.

Non necessariamente, però, l’emissione a una certa frequenza è legata alla temperatura degli oggetti emittenti, nel modo in cui abbiamo visto per l’emissione termica. Proprio come avviene per la fosforescenza, infatti, vi sono fenomeni nell’Universo i cui meccanismi di emissione non seguono la “legge di Planck”. Basti pensare alla “radiazione di sincrotrone” prodotta dal moto elicoidale degli elettroni relativistici in un campo magnetico, o all’”effetto Compton inverso”, mediante il quale elettroni ad alta energia cedono parte di questa ai fotoni con i quali interagiscono. (È il caso degli elettroni presenti nel plasma degli ammassi di galassie che, in seguito all’”effetto Compton”, ingenerano una distorsione nello spettro termico della “radiazione cosmica di fondo” che attraversa il gas intergalattico.)

Ma come possiamo distinguere la natura dell’”emissione termica” da quella “non termica” ed evitare, così, di commettere possibili errori di interpretazione?

Ogni emissione generata da un processo fisico possiede un’impronta caratteristica e riconoscibile. Quando si osservano sorgenti “non termiche” la radiazione emessa è in genere fortemente polarizzata e lo spettro presenta una forma completamente diversa da quella tipica di corpo nero. Grazie all’avvento della “nuova Astronomia” non soltanto oggi conosciamo il modo in cui le stelle evolvono, ma ne abbiamo addirittura “fotografato” alcuni dei possibili “epiloghi”. Le misure fatte da Jocelyn Bell nella banda radio [vedi articolo "I misteriosi figli della gravità"], hanno, infatti, messo in evidenza l’esistenza di oggetti dalle caratteristiche incredibili, soltanto teorizzati in passato: le stelle di neutroni. Grazie alla possibilità di poter discernere fra sorgenti termiche e non termiche si è compreso come l’emissione delle stelle di neutroni sia provocata dall’accelerazione di particelle immerse nel campo magnetico di tali oggetti. E questo è solo uno dei tanti esempi!

In sostanza, ogni frequenza mette in luce differenti aspetti dell’Universo. Nella banda radio possiamo osservare la “radiazione cosmica di fondo”, le nubi molecolari, o l’emissione di sincrotrone, grazie alla quale prendono “forma” i campi magnetici che circondano le galassie. Possiamo finalmente “perforare” la cortina di nubi di gas e polvere, interposta fra noi e il centro della nostra Galassia, e osservare intense emissioni di radiazione non termica, che indicano la probabile presenza di un enorme buco nero nel cuore della Via Lattea. Se, inoltre, osserviamo intorno alla lunghezza d’onda di 21 cm possiamo rivelare la presenza dell’idrogeno neutro. Dall’altro lato, il cielo ultravioletto appare ricco delle stelle più calde, mentre con l’astronomia X e gamma possiamo osservare gli oggetti e i fenomeni più energetici del cosmo.

La scoperta, da parte dei satelliti X, di immense masse di gas caldo, presenti all’interno degli ammassi di galassie, ci ha finalmente fatto comprendere come sia possibile per le galassie restare legate insieme gravitazionalmente in modo stabile. Le osservazioni gamma ci hanno mostrato, infine, eventi improvvisi e misteriosi, noti come “gamma ray bursts”, uno dei grandi misteri irrisolti dell’astronomia moderna.

Quanto fin qui descritto mostra, dunque, come l’evoluzione tecnologica di questi ultimi anni abbia portato alla costruzione di strumenti “dedicati”, sempre più sofisticati, grazie ai quali tante nuove meraviglie sono state svelate. L’accesso all’intero spettro delle onde elettromagnetiche ha fornito una visione più completa, che ci aiuterà a chiarire e perfezionare l’attuale quadro di conoscenze sull’Universo.
E c’è ancora molto di più!

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La forza di gravità è una delle quattro forze fondamentali della natura. Diversamente dalle prime tre, la nucleare forte, la nucleare debole e l’elettromagnetica, la forza di gravità agisce esercitando un’influenza esclusivamente attrattiva su ogni massa, fino a distanze molto grandi. Non vi è, dunque, alcuna differenza fra la forza che induce gli oggetti sulla Terra a cadere verso il basso, i pianeti a compiere orbite ellittiche intorno al Sole, le galassie a raggrupparsi in ammassi. [vedi articolo "La forza di gravità: riflessioni di Newton"]

Nel XVII secolo, grazie alla legge della gravitazione di Isaac Newton (1642-1727), si arrivò a comprendere il modo in cui tale forza agiva, ponendo fine all’idea dell’esistenza di una “posizione assoluta” nell’universo. Tale legge, però, non era sufficiente a giustificare alcune anomalie osservate, come ad esempio il moto di precessione del perielio di Mercurio.

Agli inizi di questo secolo, il lavoro svolto da Albert Einstein (1879-1955) cambiò completamente il concetto di forza gravitazionale della fisica classica, sgretolando l’idea comune di “tempo assoluto”. Nel quadro di tale rivoluzione, Einstein sviluppò quella che oggi conosciamo con il nome di Teoria della Relatività Generale. In essa la gravità non viene più considerata come una forza che agisce tra corpi aventi massa, ma come una perturbazione che questi esercitano sulla geometria dello spazio e del tempo, dove il tempo non è più un concetto astratto, bensì una vera e propria quarta dimensione fisica.

Nel caso dei fenomeni fisici che fanno parte dell’esperienza di ogni giorno, la teoria della gravitazione di Newton è sufficiente a spiegare e prevedere i meccanismi della gravitazione, ma esistono luoghi nell’universo dove gli eventi non possono essere più spiegati classicamente, ma solo con l’ausilio della Relatività Generale. Fra questi, i rappresentanti più indicati sono i buchi neri.

Tali oggetti, denominati in tal modo nel 1960 da John Wheeler, rappresentano uno dei possibili stadi evolutivi finali di una stella di grande massa. Quando, infatti, una stella esaurisce il combustibile nucleare, l’equilibrio di forze al suo interno viene a mancare e il suo destino sarà determinato dalla quantità di massa di cui essa è composta. [vedi articolo "La spettacolare esplosione delle stelle"]

Fino alla fine degli anni venti, si credeva che fosse impossibile per una stella contrarsi oltre un certo limite e tale certezza era dettata dal considerare l’inviolabilità del “principio di esclusione” di Pauli. Secondo tale principio, ciascun livello energetico di un atomo può contenere al massimo due elettroni. Quando gli elettroni di un atomo, “schiacciati” dalle immani pressioni, hanno riempito i livelli energetici più bassi, la repulsione da essi generata dovrebbe essere sufficiente a ostacolare il collasso gravitazionale.

Ma nel 1928 un giovane studente indiano, Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995), durante un viaggio di studio in Inghilterra, calcolò che se una nana bianca si fosse ulteriormente contratta, la repulsione degli elettroni, indotta dal principio di esclusione di Pauli, non sarebbe bastata a contrastare la forza di gravità. Il limite calcolato in 1,4 masse solari è oggi noto come “limite di Chandrasekhar”. Se le regioni centrali della stella avessero superato questo limite, come sottolineò Edmund G. H. Landau (1877-1938), questa si sarebbe ulteriormente contratta, fino a quando la repulsione, prevista in questo caso fra neutroni e protoni, avrebbe instaurato un nuovo regime di equilibrio. Un oggetto di questo tipo doveva avere un diametro di pochi chilometri e una densità di centinaia di milioni di tonnellate per centimetro cubo. I risultati di Chandrasekhar e Landau restarono al centro di controversie per lungo tempo, fino a quando la scoperta della prima pulsar da parte di Jocelyn Bell nel 1967, diede conferma definitiva dell’esistenza delle stelle di neutroni.

Ma cosa avviene quando anche la repulsione all’interno dei nuclei atomici viene infranta dalla forza di gravità? In tali circostanze, se il nucleo di un stella è più massiccio di 3 masse solari, non vi è alcun fenomeno noto capace di ostacolare il collasso. La gravità finisce con il prevalere, facendo contrarre l’intera stella fino alle dimensioni di pochi chilometri, generando un buco nero. La forza attrattiva è tale da non lasciar sfuggire neanche la luce e agli occhi di un’osservatore esterno l’oggetto “appare”, per l’appunto, completamente nero.

Già nel 1783, John Michell (1724-1793) e indipendentemente Pierre-Simon Laplace (1749-1827), considerando la luce nell’ambito della teoria corpuscolare, erano giunti alla conclusione che una stella con dimensioni e densità sufficientemente grandi avrebbe avuto una velocità di fuga tale da impedire anche alla luce di sfuggirle. Oggi sappiamo che l’idea di Michell e Laplace, anche se portava a conclusioni molto simili a quelle moderne, era basata su presupposti errati. La conclusione a cui erano giunti non poteva essere giustificata in modo ragionevole, attraverso la teoria della gravitazione di Newton. La luce ha, infatti, una velocità costante, qualsiasi sia il sistema di riferimento considerato, e dunque considerarla simile a un corpo materiale, che per via della forza di gravità rallenta la propria velocità via via che si allontana dal centro attrattore, è concettualmente errato. Solo grazie alla teoria della Relatività Generale è stato possibile avere gli strumenti necessari alla comprensione delle implicazioni fisiche indotte dalla presenza di un buco nero.

Il lavoro svolto dal fisico americano Robert Oppenheimer (1904-1967), con l’ausilio degli strumenti matematici forniti dalla teoria della Relatività Generale, ha permesso di comprendere il comportamento della luce in presenza di un intenso campo gravitazionale. La presenza di un corpo enormemente massivo e denso incurva il percorso della luce nello spazio-tempo. Via via che una stella si contrae, la sua forza di gravità diviene più intensa e tale percorso si incurva sempre di più. Quando le dimensioni della stella raggiungono un raggio critico, detto “raggio di Schwarzschild”, i raggi di luce si curvano su se stessi e vengono intrappolati per sempre, senza alcuna possibilità di poter sfuggire nello spazio.

Così come le onde elettromagnetiche, qualsiasi oggetto che dovesse attraversare la regione limite, chiamata orizzonte degli eventi, non potrebbe più sfuggire verso l’esterno. L’orizzonte degli eventi è dunque quella regione di confine al di fuori della quale la luce ha ancora la possibilità di sfuggire e delimita le dimensioni di un buco nero. Ciò che succede all’interno di tale regione non può essere percepito dall’esterno e lo stesso concetto di tempo, come noi lo conosciamo, non ha più significato.

Secondo la teoria della Relatività, infatti, qualsiasi corpo avente massa incurva lo spazio intorno a se. L’entità di tale deformazione definisce il campo gravitazionale. Per avere un’idea approssimativa si pensi a un telo molto teso, al centro del quale viene posta una sfera. Il telo verrà deformato dal peso del corpo e qualsiasi altra sferetta lanciata in linea retta nella sua direzione, devierà dal suo moto rettilineo in funzione della depressione che incontrerà. Se la massa della sfera è troppo grande il telo verrà perforato e ogni oggetto che dovesse cadere all’interno del buco non potrà più uscirvi. Allo stesso modo anche il tempo viene distorto dalla presenza di un campo gravitazionale. Un’osservatore posto a grande distanza da un buco nero osserverebbe lo scorrere del tempo di un ipotetico astronauta, in avvicinamento all’orizzonte degli eventi, rallentare sempre più fino a quando, attraversata la regione di confine, non ne potrebbe trarre più alcuna informazione. Per l’astronauta, invece, lo spazio e il tempo non avrebbero più alcun significato.

Ma come è possibile poter osservare i buchi neri e avere una conferma definitiva della loro reale esistenza?

Per quanto detto finora, la possibile via è quella di cercare delle prove indirette. È noto, infatti, che la maggior parte delle stelle della nostra galassia sono in realtà legate gravitazionalmente in sistemi binari o multipli. La presenza di un buco nero può, dunque, essere rivelata osservando stelle che ruotano intorno a una compagna “invisibile”. Mediante le leggi di Keplero e l’analisi spettroscopica del moto orbitale, attraverso l’effetto Doppler, è possibile conoscerne la massa e capire, così, se si è in presenza di un buco nero. In aggiunta, se il buco nero risulta troppo vicino alla stella compagna, l’immensa gravità da esso generata strappa via materia da quest’ultima. Tale materia, cadendo nel buco nero, spiraleggia intorno a esso, scaldandosi ed emettendo raggi X e gamma.

Una delle prime binarie X di questo tipo, scoperta durante una campagna osservativa svolta per mezzo di satelliti dedicati, fu individuata nella costellazione del Cigno e per tale motivo prese il nome di Cygnus X-1.

Questi oggetti, tanto inquietanti quanto misteriosi, la cui presenza è stata teorizzata dagli scienziati nel corso di questi ultimi secoli, esercitano un fascino enorme. Tutt’oggi i buchi neri si celano ostinatamente agli occhi indiscreti degli astronomi e soltanto qualche debole traccia fa presumere la loro esistenza. Svelarne i segreti e scoprirne la reale presenza nel nostro universo sarà, dunque, una delle più grandi conquiste scientifiche del futuro, a conferma dei traguardi raggiunti finora dall’intelletto umano.

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L’apparente immutabilità della volta celeste, scandita dall’armonioso moto del Sole e dei pianeti, rendeva l’uomo dell’antichità certo del suo ruolo di spettatore privilegiato al centro dell’Universo. Tale convinzione veniva meno ogni qualvolta fenomeni spettacolari e inspiegabili, come l’apparire fugace di nuove e luminosissime stelle, inducevano perplessità e stupore in chi le osservava.

Le civiltà dei secoli passati furono talmente colpite da eventi di simile natura da attribuirne spesso la causa a fenomeni soprannaturali, presagi di buoni o cattivi auspici. Grazie alla forte suggestione che questi eventi suscitavano, oggi abbiamo potuto ereditare varie testimonianze, sotto forma di documenti e raffigurazioni, di straordinaria bellezza.

“Prostrato umilmente davanti a vostra maestà do notizia che è apparsa una stella ospite che splende di luce gialla…”

Quanto sopra riportato è un chiaro esempio di resoconto, tramandatoci dall’astronomo di corte Yang Wei Te, di un evento straordinario: la comparsa, nella costellazione del Toro, di una stella talmente brillante da risultare, per qualche mese, l’astro più luminoso del cielo, dopo il Sole e la Luna. Era l’anno 1054, e in Cina regnava la dinastia Sung.

Nello stesso periodo, dall’altra parte del Pianeta, il popolo Anasazi dell’Arizona tramandava la testimonianza, quasi certamente, dello stesso evento, grazie a una bellissima e suggestiva raffigurazione murale.

Attualmente, grazie al lavoro di fisici e astronomi, finalmente comprendiamo i meccanismi che sono alla base di questi fenomeni, certi che le testimonianze dell’incredibile apparizione del 1054 si riferivano all’esplosione di quella che oggi chiamiamo una supernova.

Il termine supernova fu introdotto, per la prima volta, da Baade e Zwicky nel 1933, allo scopo di indicare l’apparizione di “nuovi astri”, caratteristici per l’improvviso aumento di luminosità, seguito da un rapido declino.

Quali sono dunque i meccanismi che, alla fine del processo evolutivo, conducono una stella a manifestarsi in modo così catastrofico e spettacolare?

L’elemento caratteristico del destino di una stella è la massa. Maggiore è la quantità di materia presente, più alta è l’efficienza con la quale le reazioni nucleari, che avvengono nel nucleo, trasformano l’idrogeno in elio.

Le stelle con dimensioni paragonabili a quelle del nostro Sole hanno, generalmente, una vita media di circa dieci miliardi di anni; al contrario, le stelle di grande massa, che consumano l’idrogeno molto più rapidamente, terminano la loro vita dopo, soltanto, pochi milioni di anni. Il destino di queste ultime sarà ben diverso rispetto al graduale e lento “spegnersi”, tipico delle stelle poco massiccie. Nelle fasi finali della loro evoluzione, infatti, se le regioni centrali diventano tanto massicce da superare il valore limite di 1,4 masse solari (è il cosiddetto “limite di Chandrasekar”), esse sono condannate … a una fine catastrofica !!

Percorriamo brevemente la storia … nucleare di una stella massiccia.

Fino a quando le reazioni nucleari hanno a disposizione idrogeno da bruciare, la pressione di radiazione, da esse generata, contrasterà la forza di gravità, impedendone il collasso verso il centro. Nel momento in cui, tuttavia, i processi di fusione nucleare hanno trasformato tutto l’idrogeno in elio, la momentanea cessazione delle reazioni nucleari indurrà il nucleo a contrarsi, sotto l’effetto della gravità. Il conseguente aumento di pressione innalzerà la temperatura delle regioni centrali fino a valori sufficienti a innescare la fusione dell’elio e ristabilire, così, un nuovo equilibrio.

Tale meccanismo si ripeterà producendo, in tempi sempre più brevi, elementi di volta in volta più pesanti e complessi, come il carbonio, l’ossigeno, il silicio. Ma non si protrarrà all’infinito: nel momento in cui il nucleo atomico del ferro sarà sintetizzato, con i suoi 56 protoni e neutroni, inizierà l’ultima, drammatica, fase.

Da questo punto in poi, infatti, la formazione di nuovi atomi, più pesanti del ferro, non sarebbe più in grado di rilasciare ulteriore energia di fusione (processo esotermico), ma al contrario ne assorbirebbe una quantità sempre più considerevole (processo endotermico).

Soggetto alla pressione degli strati sovrastanti e non potendo più contrastare la sua stessa forza di gravità, il nucleo della stella collasserà irreversibilmente in meno di un secondo. Le enormi pressioni, generate dalla contrazione gravitazionale, innalzeranno ulteriormente la temperatura delle regioni centrali, fino a raggiungere diversi miliardi di gradi. L’emissione di energia è ora talmente intensa da disintegrare gli atomi presenti. Gli elettroni e i protoni prodotti saranno, in breve, tanto vicini da fondersi e formare nuovi neutroni. A questo punto, la materia è così compressa da arrestare il collasso.

A seguito di quest’ultima fase, anche gli strati più esterni della stella, all’interno dei quali si stanno ora svolgendo reazioni di fusione nucleare, precipitano letteralmente verso il nucleo. I gas costituenti, comprimendosi, aumentano vertiginosamente la loro temperatura, e un incremento repentino della velocità delle reazioni porterà all’instabilità dell’intero sistema. Sia l’energia prodotta, che non riesce a essere emessa verso l’esterno, sia l’intensa emissione di onde gravitazionali saranno causa dell’esplosione catastrofica dell’inviluppo della stella.

L’espulsione degli strati esterni sarà accompagnata dall’emissione di radiazione, in tutte le bande dello spettro elettromagnetico (raggi gamma, X, ultravioletto, visibile, infrarosso, radio), e di neutrini molto energetici, prodotti durante il collasso, rilevabili dai nostri strumenti.

In questi drammatici momenti la luminosità assoluta della supernova diviene paragonabile a quella di un’intera galassia ed essa sarà distintamente visibile fino a enormi distanze. I gas espulsi formeranno una nube in rapida espansione che, alla velocità di decine di migliaia di chilometri al secondo, disperderà nello spazio tutti gli elementi fino a quel momento prodotti.

Ciò che resta è un oggetto di pochi chilometri di diametro, composto di soli neutroni, che emette impulsi radio con incredibile regolarità. Questi oggetti, denominati pulsar, non sono, però, l’unico possibile prodotto dell’esplosione di una supernova. Nel caso in cui la massa del nucleo supera di 3 volte la massa solare, non vi è più alcun limite al collasso gravitazionale. L’immane densità del nucleo, associata alle piccolissime dimensioni raggiunte, è causa di un campo gravitazionale di tale intensità da impedire anche alla luce la fuga verso il mondo esterno: è nato un buco nero!

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Va beh! tanto per scaldarmi con questa mia nuova esperienza…
posterò qui di seguito un articolo che scrissi qualche anno fa su un fantastico sito di divulgazione astronomica…curato da astronomi e fisici professionisti….
Il sito…http://www.cassiopeaonline.it ho scoperto da poco che ahimé non è più attivo….
peccato era davvero una bellissima iniziativa.

L’articolo che riporto tratta della radiazione Cosmica di Fondo, una delle evidenze più importanti a sostegno della teoria del Big Bang.
In ogni modo, non la faccio lunga, ecco qui l’articolo……

” La Storia della Radiazione Cosmica di Fondo

Il secolo scorso è stato testimone della nascita di una nuova visione dell’Universo, grazie allo sviluppo tecnico e teorico delle varie branche dell’astronomia.

Nei primi decenni del novecento si ebbe la definitiva certezza che l’Universo non finisse ai bordi della nostra Galassia: essa altro non era che una delle tante “isole” di stelle esistenti nello spazio cosmico. Grazie al lavoro che Edwin P. Hubble svolse a partire dal 1929, si scoprì che tutti gli oggetti extragalattici (vale a dire le galassie) presentavano un moto di allontanamento (o recessione) rispetto a noi, in qualunque direzione si osservasse: quanto maggiore era la distanza di una galassia dalla Via Lattea, tanto maggiore risultava la sua velocità di recessione, essendo quest’ultima direttamente proporzionale alla distanza della galassia, per mezzo di una costante H, chiamata successivamente costante di Hubble.

La scoperta del moto di recessione, avvenuta osservando lo spostamento verso il rosso delle righe spettrali delle galassie, poneva così una serie di nuovi interrogativi sulla geometria dell’Universo e sulla sua evoluzione. In definitiva, se gli oggetti extragalattici presentavano un moto di allontanamento reciproco, era logico supporre che l’Universo avesse avuto un’origine, sia nello spazio sia nel tempo.

A conferma di ciò, negli anni quaranta, George Gamow e i suoi collaboratori, Ralph A. Alpher e Robert R. Herman, svilupparono una teoria sulla sintesi dei nuclei atomici (nucleosintesi primordiale) volta a spiegare l’origine della materia presente nell’Universo. I loro calcoli prendevano l’avvio da meno di un secondo dopo la nascita dell’Universo, avvenuta attraverso un’immane esplosione o Big Bang, quando l’Universo era ancora un “brodo” estremamente caldo e denso di protoni, neutroni, elettroni e altre particelle elementari. Il Big Bang costituiva l’atto di nascita non solo di tutta la materia e la radiazione osservabili, ma dello stesso tessuto spazio-temporale! La velocità di recessione delle galassie, scoperta da Edwin Hubble qualche anno prima, era la diretta conseguenza del moto di espansione generato dal Big Bang.

Per giustificare le abbondanze osservate degli elementi e le dimensioni tipiche delle strutture su larga scala dell’Universo, come gli ammassi di galassie, doveva essere esistita un’epoca in cui la radiazione (i fotoni) e la materia erano state fortemente “interagenti”, in uno stato, definito dai fisici, di accoppiamento termico.

Nei primi istanti dopo il Big Bang, la temperatura dell’Universo era stata talmente elevata da impedire la formazione di nuclei atomici stabili: i fotoni avevano un’energia media così alta da distruggere ogni possibile legame stabile fra le particelle. L’espansione dell’Universo, però, aveva portato via via a un graduale abbassamento della temperatura, fino al punto in cui l’energia dei fotoni non fu più tale da impedire la formazione di nuclei stabili, anche se era ancora sufficientemente elevata da ostacolare la formazione dei primi elementi, impedendo il legame fra gli elettroni e i protoni.

Il graduale raffreddamento dell’Universo, fino a una temperatura inferiore ai 4000 gradi sopra lo zero assoluto, aveva segnato la transizione da un’era “dominata dalla radiazione”, in cui la maggior parte dell’energia era sotto forma di radiazione, a un’era “dominata dalla materia”, in cui la maggior parte dell’energia era, ed è tuttora, intrappolata nella massa. A questo punto l’accoppiamento termico si era rotto e le “storie” della radiazione e della materia avevano preso due vie distinte: in altre parole, radiazione e materia si erano disaccoppiate.

L’Universo era diventato trasparente alla radiazione, cosicché i fotoni avevano iniziato a viaggiare indisturbati attraverso distanze sempre maggiori, mentre il processo di aggregazione della materia per collasso gravitazionale, non più ostacolato dall’effetto “viscoso” dovuto all’interazione con la radiazione, aveva portato pian piano alla formazione delle prime masse, e quindi delle prime stelle.

Come si poteva essere certi che tale “visione” non fosse dovuta a un’errata interpretazione di ciò che si stava osservando?

Nel 1948 Ralph Alpher e Robert Herman, sulla base della teoria da loro sviluppata, previdero l’esistenza di un fondo di radiazione, risalente all’epoca del disaccoppiamento tra materia e radiazione. Secondo i loro calcoli, tale radiazione, ormai rarefatta e raffreddata a causa dell’espansione dell’Universo, aveva una temperatura non superiore ai 5 gradi Kelvin, e doveva essere, in qualche modo, osservabile …

Arriviamo al 1964, anno in cui, Arno Penzias e Robert Wilson, per conto del “Bell Telephone Laboratory”, utilizzano un’antenna a corno del diametro di 6 metri, allo scopo di misurare l’intensità delle onde radio provenienti dalla Via Lattea.

Tale tipo di misura risultò molto difficoltoso, in quanto il segnale si presentava come una sorta di rumore, simile a quello che ascoltiamo da una radio in presenza di scariche temporalesche. Era dunque necessario conoscere a fondo ogni sorgente di rumore aggiuntivo, come le interferenze dovute all’elettronica, all’atmosfera e quelle provenienti dalla stessa antenna, per tenerne successivamente conto. Nonostante fossero state individuate tutte le possibili sorgenti di rumore note, le misure presentavano ancora un “eccesso di rumore” non giustificabile, indipendente dalla direzione verso la quale veniva puntata l’antenna o dai cicli diurni e stagionali. Qualsiasi ulteriore accorgimento, in seguito adottato, non fu sufficiente a eliminare tale “eccesso”, che corrispondeva a una temperatura equivalente d’antenna compresa fra i 2,5 e i 4,5 gradi al di sopra dello zero assoluto.

Contemporaneamente un fisico sperimentale di Princeton, Robert H. Dickie, in virtù di quanto teorizzato da Gamow, stava organizzando in collaborazione con P.G. Rolle, D.T. Wilkinson e successivamente con P.J.E. Peebles, una campagna osservativa alla ricerca della radiazione “fossile” che doveva essere osservabile, se si considerava valida la teoria del Big Bang. I due gruppi di ricerca iniziarono a collaborare, comprendendo con sempre maggior chiarezza che “l’eccesso di rumore” osservato da Penzias e Wilson non solo era di origine extragalattica, ma era quasi certamente il residuo della “fase calda” dell’Universo, vale a dire la radiazione “fossile” cercata da Dickie. L’”eccesso di rumore” misurato da Penzias e Wilson, noto oggi con il nome di radiazione cosmica di fondo, costituisce una delle più importanti scoperte del secolo scorso, per la quale è stato conferito ai due ricercatori del “Bell Telephone Laboratory” il premio Nobel nel 1978.

Non soltanto questa scoperta confermava le idee di Gamow e dei suoi collaboratori: ciò che si stava osservando era la radiazione più antica e lontana che a tutt’oggi siamo stati capaci di rilevare.

Perché la radiazione cosmica di fondo (Cosmic Microwave Background Radiation) è, dunque, così importante per la cosmologia?

La scoperta della CMBR ha aperto una nuova serie di interrogativi circa la geometria e la formazione delle strutture su larga scala dell’Universo. Nel 1990, il satellite COBE (COsmic Background Explorer) della NASA ha confermato che la radiazione cosmica di fondo ha lo stesso profilo di intensità previsto dalle attuali teorie (incredibilmente in accordo con quello di un “corpo nero”). Ma, il risultato ancor più importante si è avuto con la scoperta di piccolissime disomogeneità nella temperatura di tale radiazione, responsabili della formazione primordiale degli ammassi e super-ammassi di galassie [vedi articolo "Con gli occhi sull'Universo - La luce antica"]. Mediante le osservazioni di COBE, inoltre, si è ricavato, con un alto grado di accuratezza, il valore della temperatura della radiazione, pari a 2,73 gradi sopra lo zero assoluto.

La possibilità di effettuare misure ancora più precise delle fluttuazioni presenti nella CMBR permetterà di valutare i parametri cosmologici, necessari a comprendere la reale natura dell’Universo nel quale viviamo. Per questo motivo oggi la radiazione cosmica di fondo è oggetto continuo di studi, effettuati con l’ausilio di potenti radiotelescopi, palloni d’alta quota e satelliti artificiali.

Uno dei progetti più ambiziosi, in via di sviluppo, vedrà il lancio di un satellite dell’ESA, battezzato, non a caso, con il nome di Planck, capace di migliorare di almeno dieci volte l’accuratezza delle misure del suo predecessore COBE e di fornire nuove risposte e sicuramente nuovi interrogativi sul passato del nostro Universo.

Lo studio della radiazione cosmica di fondo sarà, probabilmente, la chiave che ci permetterà di comprendere se il Big Bang possa, realisticamente, rappresentare il meccanismo che ha portato all’Universo attuale o se ci sarà la necessità di ricorrere a nuove e rivoluzionarie teorie.”

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Oggi apro ufficialmente questo mio blog.

Vi chiederete….”questo ora chi è ?…… perché un blog sulla scienza dei cieli…quando ci sono tante discussioni molto più utili ed interessati su questa Terra?

Vedete…. tutto ciò che accade sul nostro meraviglioso pianeta azzurro è frutto di una incredibile ed affascinante storia evolutiva il cui fine ultimo, se mai ve ne fosse uno, è forse il più grande enigma per il quale secoli di storia e vite di uomini sparsi lungo il corso del tempo non sono bastati ad intaccarne il segreto velato.

Ora, nonostante possiate pensare che tutto ciò non ci riguardi direttamente, dovete considerare che soltanto una sottilissima pellicola di aria ci separa dall’immenso spazio che sta là fuori. Comprendere le cose che circondano la nostra vita, o ammirare la sottile poesia composta dalla Natura permetterebbe a ognuno di noi un approccio alla vita certamente diverso… un rispetto della vita e di noi stessi finalmente sincero.

Oggi siamo pervasi da infinite stimolazioni che inducono ad un’amplificazione artificiosa delle nostre esigenze apparenti, che conducono ad una contrazione del nostro modo di vivere e di pensare. Corriamo ogni giorno senza sosta, senza alcune volte comprendere il motivo reale di tanto affanno…e nel contempo tendiamo a dimenticare il rapporto unico che la Natura ha concesso a noi uomini……quello di poterla comprendere intimamente ed amarla.

Chi sono io?

Mi chiamo Raffaele Battaglia, ho quasi 37 anni, sono un astrofisico…o meglio ero un astrofisico. Oggi vivo grazie al lavoro che porto avanti nella mia società. Un lavoro che in ogni modo mi permettere di restare in contatto con la mia passione per il Cielo. Ve beh! Prima o poi ne parlerò.

Per ora è tutto.

Saluto chiunque si trovi casualmente a leggere queste mie prime righe. E che dire……

Mi troverete qui molto spesso se volete leggere e partecipare con me a discussioni sulla Vita e l’Universo.

Raffaele