Lassù nell’Universo by Editoriale Scienza

Testi: Amedeo Balbi e Andrea Valente I testi di Andrea Valente sono pubblicati con l’accordo di Caminito S.a.s. Agenzia Letteraria Illustrazioni: Susy Zanella Progetto grafico: Studio Link www.editorialescienza.it www.giunti.it © 2021 Editoriale Scienza srl via Bolognese, 165 – 50139 Firenze – Italia via C. Beccaria, 6 – 34133 Trieste – Italia Prima edizione: settembre 2021

Stampato in Serbia

Amedeo Balbi • Andrea Valente

’ l l e n Lassù

Universo Illustrazioni di Susy Zanella

Indice Per cominciare..................................... 11 Noi siamo qui..................................... 12 Dove?.................................................. 14 Quanto?.............................................. 17 Quando?............................................. 18 Quindi quando?..................................24 Dal Big Bang…....................................26 … a oggidì...........................................28 Come?.................................................30 Le distanze.........................................36 Stelle di tutti i colori...........................40 Come si calcola la temperatura delle stelle......................................42 Le galassie..........................................46 La velocità della luce..........................48 Unità di misura..................................50 Più veloci della luce!...................... 52 Albert Einstein...................................54 La teoria della relatività..................... 57 Avanti e indietro................................58 La macchina del tempo...................... 61 Lontano, lontano, lontano..................62 L’inizio................................................66 Quattro tipi da Big Bang.....................68 Origine della parola Universo............70 Opinioni universali............................ 72 L’espansione dell’Universo................. 74 Hubble & Hubble................................ 76 Tre domande sull’espansione............. 78 Perché il cielo è buio?.........................80 Il suono del Big Bang..........................82 Prima del Big Bang.............................84 Che cos’è l’antimateria?...................... 87 La pizza cosmica.................................88

La materia oscura............................... 91 Velocità di fuga e stelle nere...............92 Costruiamo un buco nero!..................94 Cinque domande sui buchi neri.........96 I buchi neri esistono!..........................99 Spaghetti galattici!........................... 100 I buchi bianchi................................. 103 Le onde gravitazionali...................... 104 La danza delle stelle......................... 106 Le stelle sono tante........................... 108 L’immagine più strabiliante dell’Universo................................ 111 Pianeti ovunque!...............................112 Pianeti immaginari........................114 Questione di metodo.........................116 Il brodo primordiale..........................118 La vita dallo Spazio............................121 C’è vita nell’Universo?.......................122 Immagina un marziano…............. 124 Il Sole................................................ 126 Tre domande sul Sole....................... 128 O Sole mio........................................ 130 La durata di un giorno.......................132 Lo Spazio giù per terra...................... 134 Al cinema Universo.......................... 136 Mille e non più mille........................ 138 La fine del mondo..............................141 Il futuro è già qui.............................. 142 Il futuro che sarà.............................. 144 Le risposte ai quiz................................147 Glossario........................................... 150 Indice analitico.................................. 153 Note sugli autori................................. 154

Il primo satellite artificiale, lanciato nello Spazio la sera del 4 di ottobre del 1957 dagli scienziati dell’Unione Sovietica, si chiamava Sputnik, che è una parola della lingua russa, e significa – guarda un po’… – compagno di viaggio. Quando ti trovi sul treno, o in aereo, o sul tram, chi ti siede accanto è allora uno sputnik, e tu lo sei per lui.

PER COMINCIARE Questo libro è un viaggio. Come ogni libro, del resto, lo è; come ogni viaggio è un libro e ogni passeggiata è un racconto. Per fare un viaggio serve un posto dove andare e del tempo per arrivare: questo libro è infatti un viaggio nello spazio e nel tempo – bello, non credi?! Poi serve chi conosca la strada e un compagno di viaggio: qui abbiamo nientemeno che l’astrofisico Amedeo, che sa tante cose sul tempo e sullo spazio e le racconta volentieri; e il suo compare Andrea, narratore, che si lascia sorprendere, per poi sorprendere te. Che meraviglia! Per partire tranquilli bisogna però preparare la valigia: camicie, magliette, mutande, calzini, calzoni, scarpe, ciabatte, cappelli, cappotti, un libro, la zia Camilla – la zia Camilla in valigia?! – un panino, il gatto, una poltrona… tutto dentro. Ma anche un pallone, un pianoforte a coda, un microscopio, un telescopio, una matita rossa e una blu; una lampadina, una mela, una caffettiera, un osso di triceratopo… Poi un mazzo di fiori, la bicicletta, gli occhiali da sole, un cuscino, una barca a vela, un pesce rosso e una bottiglia di succo di mirtillo. Tutto in valigia?! Sì, tutto in valigia: schiaccia, spingi, premi, siediti sopra, finché la valigia non ce la fa più e… BOOOM! SPLASH, CRASH, GULP, OPS, CROCK, BANG… anzi, BIG BANG!

Noi siamo qui ai presente quelle mappe dove c’è un pallino rosso con la scritta Voi siete qui? Beh, visto che vogliamo andare a esplorare l’Universo, prima di tutto è importante capire dove ci troviamo, quindi proviamo a mettere un pallino rosso anche noi, anzi due: uno nello spazio e uno nel tempo.

Dove? utti noi ci troviamo su un pianeta che si chiama Terra, e questo di sicuro lo sai già. La Terra ha un satellite che le ruota attorno: la Luna. A sua volta, la Terra orbita attorno a una stella: il Sole, insieme a sette altri pianeti (Mercurio, Venere, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno) e a molti corpi celesti minori. Il Sole fa parte di un insieme di stelle molto grande, chiamato Via Lattea, che è una galassia, e contiene centinaia di miliardi di stelle. Se ogni stella ha il suo sistema di pianeti, ci sono moltissimi mondi là fuori, oltre alla nostra Terra.

Grazie alle tecnologie sempre più sofisticate, oggi sappiamo che sicuramente ci sono altri pianeti intorno alle altre stelle della nostra galassia: in pochi anni di osservazioni ne abbiamo individuati con certezza varie migliaia. Magari non tutte le stelle ne hanno sette, come il Sole, ma usando stime statistiche possiamo concludere che quasi tutte ne hanno almeno uno.

Ma la Via Lattea è solo una delle tante galassie dell’Universo e pure dire tante è poco, perché ne esistono molte centinaia di miliardi, ognuna con le sue centinaia di miliardi di stelle. Questo significa che nell’Universo c’è un numero incredibile di stelle: se si prova a calcolarlo viene fuori che è più grande del numero di tutti i granelli di sabbia di tutte le spiagge della Terra! Il nostro è quindi solo uno degli innumerevoli pianeti esistenti nell’Universo e non è il centro di tutto, come pensavano gli antichi.

In realtà, l’Universo un centro non ce l’ha proprio! Ma la Terra è importante per noi, perché è la nostra casa, e il luogo da cui mettiamo il naso fuori per esplorare ogni cosa.

Quiz

Qual è la galassia più vicina alla nostra Via Lattea? a. Triangolo b. Andromeda c. Occhio Nero

Quanto? e immagini che la Terra sia grande come un pallone da pallacanestro, allora la Luna sarebbe più o meno delle dimensioni di una pallina da tennis e se ne starebbe a una distanza di circa sette metri. E pensa che la Luna è l’oggetto celeste più vicino alla Terra!

Il Sole allora sarebbe una sfera di ventisei metri di diametro, come un palazzo di nove piani e si troverebbe a circa tre chilometri di distanza. Se invece usassimo il pallone da pallacanestro per rappresentare il Sole, la Terra sarebbe una piccola perlina di appena due millimetri di diametro, e dovremmo metterla a circa venticinque metri di distanza dal pallone. Anche il pianeta più grande del Sistema Solare, cioè Giove, sarebbe grosso come una biglia di un paio di centimetri e dovremmo posizionarlo a circa cento metri dal pallone. E la stella più vicina al Sole, Proxima Centauri, si troverebbe a circa 7000 chilometri di distanza. Settemila! Pensa quanto sarebbero lontane tutte le altre stelle della galassia e dell’Universo…

Quando? er molti millenni, l’umanità non sapeva quanto fosse vecchio l’Universo. Nell’antichità c’era chi pensava che esistesse da sempre, e chi invece immaginava che fosse iniziato in un tempo passato, magari solo poche migliaia di anni prima.

La parola cosmo viene dal greco kósmos e significa ordine, come se qualcuno avesse rimesso a posto il caos che c’era all’inizio di tutto. Cosmica è ogni cosa che si riferisca all’Universo, quindi pure questo libro! Anche la parola che indica la nascita dell’Universo viene dalla Grecia antica, ed è cosmogonia, che unisce kósmos, ordine universale, con -gonia, che significa generazione. La cosmologia unisce la parola kósmos a lógos, che significa discorso, e studia invece l’evoluzione e la struttura dell’Universo.

Tra i primi cosmologi dei tempi antichi, ci fu il filosofo Leucippo di Mileto, che dopo chissà quante notti trascorse a studiare il cielo stellato, scrisse la sua Grande Cosmologia, nientemeno che il grande studio dell’Universo, in cui dice per esempio che nulla accade per caso, frase assai scientifica, anche se lui probabilmente non lo sapeva… Allora, infatti, l’ordine del cosmo era molto meno scientifico e pieno di miti, dei e leggende, quindi comunque molto intrigante e interessante, con il grande Zeus che viveva lassù sull’Olimpo.

C’è un Monte Olimpo anche su Marte ed è la cima più alta di quel pianeta, quindi la scelta del nome non è per nulla un caso. Rispetto al suo omonimo terrestre, che non raggiunge 3000 metri di altitudine, quello arriva fino a 25 000!

Per i greci in principio era il Caos, da cui nacque il Destino, poi gli Abissi, la Notte, la Discordia e la Concordia; l’Amore, il Giorno e il Cielo, con il suo dio Urano, e la Terra, con la dea Gea, da cui le parole geografia, geologia, geometria… Tra i figli di Gea e Urano uno fu Kronos, dio del tempo. Gli dei greci e latini danno oggi nome ai pianeti del nostro Sistema Solare, da Giove a Mercurio, da Venere a Marte, da Saturno a Nettuno, fino proprio a Urano.

Quiz

Fu un altro filosofo e matematico della Grecia antica a scoprire che la stella della sera e la stella del mattino erano in realtà lo stesso astro e non una stella, bensì il pianeta Venere. Sai chi? a. Pitagora b. Archimede c. Democrito

Di là dell’Oceano Atlantico, in quella che oggi si chiama America Latina, i Maya vedevano il cosmo diviso in tre domini: la volta celeste, con tutte le sue stelle; il regno degli inferi; la Terra nel mezzo, con i suoi uomini, le piante, gli animali. Quattro dei, ai quattro angoli del mondo, sorreggevano il cielo, di giorno e di notte, con il Sole e la Luna a rincorrersi.

Dall’altra parte del mondo, in Giappone, la mitologia vuole che gli dei stessero lassù nell’Alto Cielo e, sbirciando tra le nuvole, notassero quaggiù un caos non da ridere. Due di loro, Izanagi e sua sorella Izanami, armati della lancia divina, scesero dal cielo, rimestarono nel fango e nell’acqua, creando le prime isole del Giappone e poi tutto il resto.

Per i popoli del freddo Nord in principio c’era solo il Gunnungagap, che era un baratro, un vuoto, un abisso, buio e senza forma; e intorno nulla: non il cielo, né la terra, né il mare o altro. Al centro del Gunnungagap era la sorgente di undici fiumi, che scorrendo di qua e di là, portarono la vita.

Poi ci sono i Dogon, tribù del Mali, in Africa, che viveva lungo le sponde del fiume Niger. Gli antropologi che nel secolo scorso raggiunsero quelle terre scoprirono che i Dogon conoscevano l’astronomia quasi come gli scienziati europei: avevano intuito che la stella Sirio era in realtà due stelle vicine; sapevano degli anelli del pianeta Saturno e

pure dei satelliti di Giove. Qualcuno ipotizzò che i Dogon avessero avuto contatto con alieni in piena regola, ma la spiegazione più probabile è che ogni tanto qualche esploratore di lì era passato, come quelli arrivati a fine Ottocento per meglio vedere un’eclissi di sole, e si sa, mangiando e bevendo in compagnia, si finisce per chiacchierare… 23

Quindi quando? ggi sappiamo che l’Universo che possiamo osservare ha iniziato la sua evoluzione qualche miliardo di anni fa: 13,8 per la precisione. Con tempi così grandi, proprio come con le grandi distanze, ci si può perdere facilmente. Allora prova a immaginare che tutta la storia dell’Universo sia scritta in un librone di 1380 pagine, in modo che ogni facciata racconti ben dieci milioni di anni di storia. Anzi, se hai un libro così grande in casa, prova a prenderlo. Oppure prendi più libri e mettili uno sull’altro per farne uno di 1380 pagine.

All’inizio del libro, nell’Universo non c’è nulla di quello che vediamo oggi. C’è solo materia molto calda diffusa in tutto lo Spazio, sotto forma di particelle elementari. I primi atomi di idrogeno, i più semplici, si formano tra la prima e la seconda riga di pagina 1. Per vedere le prime stelle bisogna arrivare a pagina 10, mentre le prime galassie iniziano a formarsi attorno a pagina 50. Ma la nostra galassia, la Via Lattea, si forma dopo ben 380 pagine dall’inizio, che significa quasi quattro miliardi di anni dall’inizio… Il Sole si forma ancora più tardi, quando mancano circa 460 pagine alla fine del libro, cioè 4,6 miliardi di anni fa. E la Terra poche pagine dopo, circa 4 miliardi e mezzo di anni fa. La vita sulla Terra appare quando mancano circa 350 pagine alla fine. Ma non devi pensare alle persone e nemmeno ai dinosauri: si tratta di organismi molto semplici, fatti di una sola cellula. Gli animali e le piante riempiono tutto il pianeta solo quando mancano appena 50 pagine alla fine. I dinosauri si estinguono quando di pagine ne mancano solo 6 e mezza. E noi esseri umani arriviamo nell’ultima riga del libro. Anzi, la storia della nostra civiltà potrebbe stare tranquillamente nell’ultima lettera! La storia del cosmo è una storia davvero lunga, e noi ne siamo una parte minuscola.

Quiz

Quale parola indica la successione degli eventi in una linea temporale? a. Tempolinearità b. Millennialità c. Cronologia