Astrolibro dell'universo by Editoriale Scienza

Progetto di Andrea Valente e Umberto Guidoni Testi: Andrea Valente e Umberto Guidoni Illustrazioni: Andrea Valente Pubblicato con l’accordo di Caminito Sas Agenzia Letteraria Progetto grafico e impaginazione: Andrea Valente www.editorialescienza.it www.giunti.it © 2010, 2021 Editoriale Scienza Srl via Bolognese, 165 – 50139 Firenze – Italia via C. Beccaria, 6 – 34133 Trieste – Italia Prima edizione: ottobre 2010 Nuova edizione: maggio 2021

Stampato in Polonia

Umberto Guidoni Andrea Valente

dell’Universo

ASTROTUTTO La parola astronomia deriva dalla lingua greca e significa “legge delle stelle”. L’ASTRONOMO, infatti, studia e osserva il cosmo e cerca di trovare una spiegazione agli eventi celesti: dalle origini dell’Universo all’evoluzione di tutti gli oggetti che lo compongono, tra i quali la nostra Terra è solamente un piccolissimo cantuccio. Una goccia in un oceano di stelle, galassie e pianeti. L’ASTROFILO è una persona appassionata di tutto ciò che sta lassù: osserva il cielo dal terrazzo con il proprio telescopio, conosce la data della prossima eclisse, quando ha tempo passa qualche ora al planetario... L’ASTRONAUTA è una persona che viaggia nello spazio, oltre l’atmosfera terrestre. Alcuni vanno per vedere l’effetto che fa, altri per effettuare lassù degli esperimenti scientifici impossibili da realizzare sulla Terra, utilizzando il cosmo come un enorme laboratorio. L’ASTROFISICA studia le proprietà delle stelle e delle galassie; la densità, la temperatura, la composizione chimica, la luminosità. La scienza che studia la formazione e l’evoluzione dell’Universo si chiama invece cosmologia. L’ASTROLABIO è uno strumento tramite il quale è possibile localizzare gli oggetti celesti in un determinato momento, passato, presente o futuro. Nell’era dei computer l’astrolabio è un oggetto da museo, sempre molto ricco di fascino. L’ASTRO è un qualsiasi oggetto che se ne sta nello spazio, al di fuori dell’atmosfera terrestre. Un pianeta, quindi, oppure un satellite, o una stella o un asteroide... L’ASTROLOGIA, invece, non c’entra nulla. Non è una scienza, bensì una credenza che cerca di dare un’interpretazione ai movimenti dei corpi celesti, ipotizzando anche degli effetti sugli individui o sugli eventi.

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SIA ... F ORS E...

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INDICE In questo libro troverai...

IL BIG BANG E LE ORIGINI DELL’UNIVERSO GLI ASTRONOMI DA TOLOMEO A COPERNICO A GALILEO... I TELESCOPI E ANCHE IL CANNOCCHIALE LE STELLE E LE GALASSIE CHE SONO TANTISSIME E ANCHE DI PIÙ IL SOLE CHE SE NON CI FOSSE LUI... I PIANETI DEL SISTEMA SOLARE COMPRESI VENERE, MARTE, GIOVE E SATURNO LA TERRA CHE GIRA, GIRA E NON SI FERMA PIÙ LA LUNA CHE CI FA STARE COL NASO ALL’INSÙ

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... poi scoprirai

I SATELLITI ARTIFICIALI COSA SONO E A COSA SERVONO L’ERA SPAZIALE CON LE SCOPERTE E LE AVVENTURE NEL COSMO

... infine troverai anche una sezione dedicata interamente all’osservazione del cielo lassù, che ti aiuterà a trovare i pianeti, le stelle e le costellazioni, ovunque ti trovi sulla Terra, in qualsiasi stagione dell’anno!

GLI ASTRONAUTI DALLA CAGNETTA LAIKA A GAGARIN A... LE NAVI E LE STAZIONI SPAZIALI CHE NEI FILM SI CHIAMANO ASTRONAVI da pagina

... lo farai in compagnia di Martino, e te, con lo sguardo vispo il cervello fino e soprattutto una curiosità sconfinata. Lo Zioguido, che sa tutto quello che non sai tu. Con Umberto, astronauta vero e con Andrea, scrittore e illustratore.

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TRATTATO SULLO SPAZIO EXTRA-ATMOSFERICO I governi degli Stati Uniti d’America, del Regno Unito di Gran Bretagna e Irlanda del Nord e dell’allora Unione delle Repubbliche Socialiste Sovietiche (la Russia di oggi) sono depositari di un documento sottoscritto all’inizio del 1967 ed entrato in vigore il 10 ottobre dello stesso anno. Il lunghissimo titolo dice così: “Trattato sui principi che governano le attività degli Stati in materia di esplorazione e utilizzazione dello Spazio extra-atmosferico compresa la Luna e gli altri corpi celesti”, ma è noto anche più in breve come Trattato sullo spazio extra-atmosferico, ratificato dalla maggioranza delle nazioni e sottoscritto in seguito da altri ventisette stati. Si tratta in pratica del codice e delle leggi su tutto ciò che riguarda il cosmo, al di là dell’atmosfera terrestre, ed è vincolante per tutte le nazioni del mondo. Questi sono alcuni principi in esso contenuti: Lo Spazio appartiene all’umanità intera. Lo Spazio può essere esplorato a beneficio e nell’interesse di tutte le nazioni. Lo Spazio può essere liberamente esplorato da tutte le nazioni. Lo Spazio non è soggetto a sovranità nazionale e nessuno ne può reclamare la proprietà. Gli Stati non possono lanciare armi nucleari o qualsiasi arma di distruzione di massa in orbita intorno al pianeta Terra, né installarne su altri corpi celesti. La Luna e gli altri corpi celesti possono essere utilizzati solo per scopi pacifici. Gli astronauti devono essere considerati come inviati dell’umanità. Gli Stati sono responsabili per le attività che intraprendono nello Spazio. Gli Stati sono responsabili per eventuali danni causati dai propri mezzi spaziali. Gli Stati devono evitare la contaminazione dello Spazio e dei corpi celesti. Ufficio delle Nazioni Unite per gli affari dello spazio extra-atmosferico www.unoosa.org

MILLE MILIONI DI ANNI FA Secondo il popolo Boshongo dell’Africa Centrale, all’inizio c’era solo oscurità, acqua e il grande dio Bumba. Un giorno Bumba, afflitto da un mal di pancia, vomitò il Sole. Il Sole prosciugò l’acqua producendo la Terra. Ancora dolente, Bumba rigurgitò la Luna e le stelle e, di seguito, il leopardo, il coccodrillo, la tartaruga e, finalmente, l’uomo. Questo mito della creazione, come molti altri, tenta di rispondere alla domanda che ci poniamo tutti: come è nato l’Universo che ci circonda? Aristotele, famoso filosofo greco, credeva che l’Universo esistesse da sempre: qualcosa di eterno è più perfetto che qualcosa di creato. Un universo eterno non aveva bisogno di un intervento divino. Esattamente l’opposto di quello che pensava, per esempio, il vescovo Ussher, secondo il quale, dalle osservazioni che si trovano nel libro della Genesi, la creazione del Mondo sarebbe avvenuta a mezzogiorno del 23 ottobre dell’anno 4004. Nel corso dei secoli la situazione è cambiata radicalmente. Misurando la luce delle galassie l’astronomo Hubble riuscì a determinare la loro velocità. Ci si aspettava che molte galassie si muovessero verso di noi e circa altrettante se ne allontanassero, come dovrebbe avvenire in un Universo che non cambia col tempo. Con sua sorpresa, trovò che quasi tutte le galassie si stavano allontanando. Inoltre, quanto più le galassie apparivano lontane, tanto più si allontanavano. L’Universo non è uguale nel tempo, come tutti pensavano, bensì in espansione. La distanza tra le galassie aumenta col tempo. Come può funzionare? Si pensa che la nascita dell’Universo sia simile alla formazione di bolle di vapore nell’acqua bollente. Parecchie bollicine appaiono e scompaiono, come mini-universi che si espandono e scoppiano. Se una bollicina riesce a crescere fino a una dimensione tale da non collassare, continuerà a espandersi a una velocità sempre maggiore e formerà un universo in espansion eperenne. Ciò è chiamato inflazione, come il meccanismo dei prezzi, che vanno sempre su. Ma i prezzi sono nulla in confronto: in una piccola frazione di secondo, l’Universo si è espanso milioni di trilioni di trilioni di volte. L’inflazione primordiale è stata una cosa buona, che ha prodotto un Universo grandissimo e uniforme come quello che osserviamo. L’espansione dell’Universo è stata una delle più importanti scoperte intellettuali del ventesimo secolo, se non addirittura di ogni secolo. Essa ha dato risposta al dibattito sull’inizio di tutto: se le galassie oggi si allontanano, devono essere state più vicine in passato e presumendo che la loro velocità fosse costante, esse dovevano essere l’una sull’altra circa quattordici miliardi di anni fa.

È questo il Big Bang, che ha dato origine all’Universo in cui viviamo.

BIG BANG IL

LA LINEA DEL TEMPO

MILIARDI DI ANNI quattordici miliardi di anni fa: il Big Bang e l’inizio del nostro Universo cinque miliardi di anni fa: si forma la nebulosa da cui ha origine il Sole e il Sistema Solare quattro miliardi e mezzo di anni fa: la formazione della Terra e della Luna un miliardo e seicento milioni di anni fa: il periodo precambriano e la nascita della vita sulla Terra MILIONI DI ANNI cinquecento milioni di anni fa: l’era paleozoica, la vita che esce dall’acqua duecentocinquanta milioni di anni fa: l’era mesozoica, la deriva dei continenti e la comparsa dei mammiferi

sessantacinque milioni di anni fa: l’era cenozoica, l’estinzione dei dinosauri e la comparsa dei primati MIGLIAIA DI ANNI duecentomila anni fa: l’apparizione dell’Homo sapiens diecimila anni fa: la fine dell’era glaciale settemila anni fa: l’invenzione della ruota SECOLI AVANTI CRISTO XXI secolo: i Fenici inventano l’alfabeto anno 1333: in Egitto comincia il regno di Tutankhamon anno 1200 circa: la guerra di Troia anno 776: si svolgono in Grecia i giochi della prima Olimpiade anno 753: la fondazione di Roma

anno 490: la battaglia di Maratona

SECONDO MILLENNIO DOPO CRISTO

III secolo: comincia la costruzione della Muraglia Cinese

anno 1152: comincia l’impero di Federico Barbarossa

PRIMO MILLENNIO DOPO CRISTO

anno 1368: comincia in Cina la dinastia dei Ming

anno 150 circa: Claudio Tolomeo scrive l’Almagesto, il trattato che per più di mille anni ha costituito la base delle conoscenze astronomiche anno 600 circa: il profeta Maometto comincia a predicare l’islamismo anno 628: introduzione dello zero tra i numeri arabi anno 800: Carlo Magno viene incoronato imperatore del Sacro Romano Impero anno 982: Erik il Rosso fonda la prima colonia vichinga

anno 1450: Johann Gutenberg inventa la stampa anno 1453: finisce la guerra dei cent’anni tra Francia e Inghilterra anno 1492: il 12 ottobre Cristoforo Colombo scopre l’America anno 1543: Niccolò Copernico pone il Sole al centro del Sistema Solare anno 1600 circa: William Shakespeare scrive l’Amleto anno 1609: col suo cannocchiale Galileo Galilei scopre i satelliti di Giove

La storia dell’umanità, ai nostri occhi così lunga, è in realtà un’inezia, se la paragoniamo

anno 1687: Isaac Newton, colpito in testa da una mela, scrive la legge di gravità anno 1789: il 14 luglio la presa della Bastiglia e l’inizio della Rivoluzione Francese anno 1810: Ludwig van Beethoven compone Per Elisa anno 1895: Guglielmo Marconi inventa la radio

ULTIMO SECOLO

anno 1903: si corre il primo Tour de France anno 1904: John Fleming inventa la valvola termoionica anno 1912: il 14 aprile affonda il transatlantico Titanic anno 1928: il 18 novembre appare per la prima volta Mickey Mouse

anno 1944: il 6 giugno gli alleati sbarcano in Normandia anno 1950: Charles Schulz disegna Snoopy e Charlie Brown che diventeranno le mascotte della missione Apollo 10 anno 1953: il 29 maggio Edmund Hillary e lo sherpa Tenzing Norgay scalano l’Everest anno 1957: viene lanciato lo Sputnik, primo satellite artificiale anno 1958: il sommergibile Nautilus naviga sotto il polo nord

anno 1961: il 12 aprile Yuri Gagarin compie un’orbita intorno alla Terra anno 1961: il muro di Berlino divide in due la città anno 1962: esce il primo disco dei Beatles anno 1964: viene prodotto il primo vasetto di Nutella anno 1967: il 3 dicembre Christiaan Barnard effettua il primo trapianto di cuore anno 1968: il 4 aprile viene ucciso Martin Luther King

anno 1958: viene istituita la NASA National Aeronautics and Space Administration

anno 1969: il 20 luglio Neil Armstrong e Buzz Aldrin mettono piede sulla Luna

anno 1959: viene messa in vendita la prima Barbie

anno 1981: il 12 aprile il primo volo dello Space Shuttle

anno 1986: entra in orbita la stazione russa MIR

ULTIMI ANNI

anno 1990: il lancio dello Hubble, primo telescopio spaziale anno 1996: la NASA lancia il Mars Pathfinder con il robot Sojourner che raggiunge la superficie di Marte anno 1998: lancio del primo elemento della Stazione Spaziale Internazionale anno 1999: nasce l’Unione Monetaria Europea anno 2001: l’11 di settembre crollano le Torri Gemelle di New York anno 2011: l’ultimo volo di uno Space Shuttle anno 2019: viene fotografato il primo buco nero

alla storia dell’Universo in cui distanze e tempi raggiungono misure difficili da immaginare.

DOVE SIAMO? Casa tua è il tuo mondo e si trova in uno dei quartieri della tua città. La tua città fa parte di una regione che è a sua volta parte di una nazione. Ogni stato si trova in un continente. Continenti e oceani ricoprono tutta la superficie della Terra, che è uno dei pianeti di un sistema che ruota intorno al Sole, che è una stella di media grandezza, piuttosto comune. Una tra i miliardi di stelle che compongono la nostra galassia. Fin qui tutto chiaro. Il Sole si trova in uno dei bracci esterni della galassia, il cosiddetto braccio di Orione. Quando guardiamo verso il cielo, nelle notti buie, si può vedere una striscia chiara formata da milioni di stelle troppo deboli per essere viste individualmente, che sembra quasi lattiginosa, da cui il nome della galassia: Via Lattea. Il Sistema Solare impiega circa duecento milioni di anni per completare un anno galattico, cioè un’orbita completa, e durante la sua vita ne ha potuto compiere circa venticinque, mentre dall’origine dell’Uomo ha percorso meno di mezzo centesimo di giro. Intorno alla Via Lattea ci sono alcune piccole galassie satellite come le due Nubi di Magellano, che si possono osservare, con un telescopio, nell’emisfero meridionale. La galassia di Andromeda è una delle galassie spirali più vicine e forma, con la Via Lattea, un sistema binario di galassie. Insieme alla galassia del Triangolo e a una cinquantina di galassie nane satelliti, esse formano il gruppo locale, che è il tipico esempio di un piccolo raggruppamento di galassie. Gruppi più grandi formano ammassi e superammassi, separati da enormi spazi vuoti. Il nostro gruppo locale fa parte del superammasso della Vergine, detto anche superammasso locale. Anche fin qui tutto chiaro, ma forse non troppo... L’Universo intero è composto da centinaia di miliardi di galassie, ognuna con centinaia di miliardi di stelle, che si raggruppano in strutture quasi filiformi e distribuite su superfici che lasciano immense zone di vuoto. La struttura dell’Universo è quindi simile a quella del formaggio svizzero, con molti buchi. Sembra che questa struttura si estenda fino ai suoi confini, alla distanza di circa quindici miliardi di anni luce. La nostra Terra è in moto perenne intorno al Sole, che ruota intorno al centro della galassia, che si muove intorno a un ammasso e via così. Il tutto dentro una bolla, i cui confini si allontanano sempre di più. Noi siamo una parte infinitesima di questo Universo che continua a crescere!

Le galassie spirali hanno una enorme quantità di polvere e di materia oscura non visibile, calcolata circa dieci volte superiore a quella visibile.

Le galassie hanno un alone molto esteso, composto prevalentemente di stelle molto vecchie.

Le galassie vicine alla Via Lattea fanno parte di un gruppo locale e si influenzano l’una con l’altra. A volte le galassie più grandi letteralmente inghiottono altre più piccole, che si sono avvicinate troppo.

Le galassie di minori dimensioni orbitano intorno a quelle più grandi e vengono definite galassie satelliti. Le Nubi di Magellano sono, per esempio, satelliti della Via Lattea.

La galassia nana del Cane Maggiore e la galassia ellittica nana del Sagittario sono le più vicine a noi e distano solo novantamila anni luce.

Le galassie più facili da riconoscere e forse più belle da vedere sono dette galassie spirali, per il loro aspetto simile a una girandola.

Anche la Via Lattea è una galassia spirale e se la si riuscisse a osservare da lontano sarebbe più o meno come quella qui sopra.

E DOVE STIAMO ANDANDO? Fu l’astronomo Edwin Hubble, negli anni Venti del secolo scorso, a intuire che l’Universo non stava galleggiando nel vuoto, ma si muoveva e le galassie si stavano allontanando. Da allora si sa che l’Universo è in espansione a una velocità chiamata in suo onore costante di Hubble. Questo è un dato molto importante, perché se conosciamo la velocità possiamo anche tornare indietro nel tempo e calcolare quando tutto ha avuto inizio.

Osservando al telescopio galassie simili alla nostra, in realtà le vediamo come esse erano milioni o addirittura miliardi di anni fa. Possiamo quindi ipotizzare come era la Via Lattea così tanto tempo fa.

Le distanze tra i corpi celesti nell’Universo sono talmente grandi che è difficile anche solo immaginarle. Né le si può paragonare a quelle che percorriamo, in automobile o in aereo, per andare in vacanza oppure da Parigi a Berlino. Si è quindi scelta un’unità di misura molto speciale, cui è stato dato un nome intrigante, che però potrebbeconfondere le idee: l’anno luce. Le galassie possono essere anche di forma ellittica o irregolare e si calcola che queste siano più o meno un terzo del totale.

Gli ammassi di galassie sono le più grandi strutture nell’Universo.

Un anno luce non misura infatti il tempo, per il quale minuti e secondi, oppure secoli e millenni vanno ancora bene. Esso misura proprio le distanze e l’anno luce è la distanza che percorre la luce in un anno di tempo. Cioè quanto? Se pensi che la luce percorre in un secondo la bellezza di trecentomila chilometri e che in un anno di secondi ce ne sono più di trenta milioni... siamo molto vicini ai diecimila miliardi di chilometri, che sono davvero molto più che da qua a là. E mille anni luce sono dieci milioni di miliardi di chilometri... e un milione di anni luce?!

IL CENTRO DELL’UNIVERSO Da sempre lo sguardo dell’uomo verso il cielo è stato carico di paure e di attese. Fenomeni spettacolari, come le eclissi di Sole e di Luna, spaventavano perché erano imprevedibili e inspiegabili. Nello stesso tempo, il fatto che molti fenomeni si ripetessero era di grande aiuto per determinare le stagioni e, quindi, per la produzione di cibo e la sopravvivenza delle comunità. Dal periodico sorgere e tramontare del Sole e dalle fasi della Luna nasce il concetto stesso di tempo e di orologio. Se osserviamo le stelle di una zona di cielo, notiamo che si spostano tutte. Le vediamo muoversi nello stesso senso del Sole, da levante verso ponente, ma restano fisse, le une rispetto alle altre, in disegni immutabili che chiamiamo costellazioni. Oltre al Sole e alla Luna, alcuni puntini si muovono rispetto a tutti gli altri, compiendo strani percorsi nel cielo, a volte addirittura muovendosi all’indietro rispetto a quelle che si ritenevano stelle fisse. Predire i movimenti di queste stelle erranti, che oggi chiamiamo pianeti, era un bell’inghippo per i primi astronomi. Nella civiltà greca alcuni pensavano che l’Universo avesse la forma di una sfera che ruotava con un movimento regolare. Sulla sua superficie erano incastonate le stelle mentre, al suo interno, i pianeti procedevano lungo orbite circolari con la Terra, immobile, al centro. L’immagine di Atlante, che regge la sfera dell’universo, è la migliore raffigurazione degli sforzi di rappresentare la volta celeste. Riprendendo questo modello, Tolomeo riuscì a predire i movimenti dei pianeti, introducendo altri cerchi, i cui centri si muovevano lungo orbite circolari intorno alla Terra. Su queste nuove circonferenze giravano i pianeti. Il modello tolemaico funzionò per oltre un millennio, con la Terra saldamente al centro dell’Universo, fino a quando Copernico non rivoluzionò il punto di vista, costringendo a cambiare radicalmente la visione dell’Universo, a cominciare dalle sue dimensioni. Se davvero il Sole è fermo al centro, con la Terra che gli gira intorno, allora come è possibile che le stelle siano fisse, nelle stesse posizioni in cielo? Dovrebbero invece spostarsi mentre la Terra gira attorno al Sole. Copernico rispose nell’unico modo possibile: le stelle sono molto, ma molto più lontane da noi di quanto noi siamo distanti dal Sole e quindi il loro spostamento, dovuto al moto delle Terra intorno al Sole, è impercettibile. Non solo Copernico cacciò la Terra dal centro, ma diede fiato all’idea di un Universo molto più grande di quanto non si fosse creduto, forse addirittura infinito. Oggi, con il Big Bang, sappiamo che il nostro Universo è in espansione, con dei confini sempre più remoti!

I ASTRONOMI L G