Quattro passi per l'Universo

Modelli della visione del mondo

2008-09-30T09:15:00.000-07:00

Vi propongo un lavoro della professoressa Livia Giacomini sulla visione del mondo e dei relativi modelli.

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Visione cinematica

La cinematica è lo studio di COME si muovono i pianeti. Perchè studiamo la cinematica? E' un importante esempio storico dell'evoluzione del metodo scientifico e del concetto di modello scientifico.
In questa introduzione, ci occupiamo essenzialmente della scienza Europea: dai greci a Newton.

La storia della cinematica del sistema solare

I primi modelli geocentrici

Nel modello Aristotelico (384-322 AC) ogni pianeta, il Sole e la luna sono fissati su delle sfere concentriche cristalline che si muovono intorno alla Terra. Questo primo modello è dunque geocentrico ed il moto dei pianeti e' circolare e uniforme.

Da allora, con l'aumentare della precisione delle osservazioni delle posizioni dei pianeti, gli astronomi continuarono a elaborare modelli sempre piu' complessi per spiegare il moto dei pianeti osservato.

Il grande problema di questi primi modelli, era il fatto che si osservava un effetto di moto retrogrado sull'orbita dei pianeti. Questo effetto ottico e' dovuto al fatto che anche la Terra si muove (quando il pianeta esterno, piu' lento, viene superato dalla Terra, si osserva un moto apparente retrogrado) e non puo' essere spiegato con un moto semplice moto circolare ed uniforme...

Il moto retrogrado visto dalla terra (http://www.astronomynotes.com)

Il modello tolemaico

Per spiegare queste osservazioni, nei modelli successivi vennero introdotti dei moti aggiuntivi dei pianeti, detti epicicli, che sovrapponendosi al moto di rivoluzione circolare ed uniforme del pianeta intorno alla Terra, permettessero di spiegare l'esistenza del moto retrogrado.

Il modello Tolemaico (si osservano gli epicicli)

Nel modelloTolemaico (come in altri modelli geocentrici) gli epicicli, moti aggiuntivi dei pianeti,
venivano introdotti per spiegare l'osservazione di moti retrogradi.(http://www.astronomynotes.com)

Dopo numerose correzioni ed aggiunte, si arriva al modello Tolemaico (85-165 DC ) dove la Terra e' stata leggermente spostata dal centro e ogni pianeta ha un moto che e' la sovrapposizione di un moto globale di rivoluzione (circolare e uniforme) e diversi epicicli (una semplice rappresentazione di questo moto e' il disegno sovrastante).

Il modello tolemaico e' rimasto attuale per circa 1500 anni (la sua forza e' stata quella di essere aggiornato sulle osservazioni piu' recenti ed accurate ed alla sua pubblicazione in un'opera colossale di 13 volumi).

La formulazione di questo modello e' un esempio del metodo scientifico. Infatti questo modello teorico viene riadattato per spiegare le osservazioni sperimentali, concetto alla base del metodo scientifico che verra' formulato in seguito.
Una considerazione importante riguarda pero' l'evoluzione del concetto di modello scientifico. In questo caso, infatti questo modello si basava sulla presenza di sfere trasparenti su cui dovevano poggiare i pianeti. Gli stessi pianeti dovevano per' compiere gli epicicli, spostandosi dalla superfice stessa della sfera. Questa visione era chiaramente strumentalista, cioe' questo modello era solo un accurato calcolatore del moto ma non una vera rappresentazione della realta' (anche perchè compiendo gli epicicli, i pianeti avrebbero frnatumato le sfere di cristallo...).Questa e' una differena sostanziale con il concetto attuale di modello scientifico che deve essere uno specchio della realta', fedele alla sua natura e al suo funzionamneto.

La rivoluzione copernicana

Copernico (1473-1543 DC) trova molti difetti al modello tolemaico (a cui erano stati aggiunti molti e molti epicicli, per spiegare le osservazioni sempre piu accurate).
Egli formula un modello eliocentrico (ponendo cioe' il Sole al centro) mantenendo pero' l'dea di un moto circolare uniforme dei pianeti (quindi usando ancora degli epicicli per spiegare le osservazioni sperimentali).
Copernico e' anche l'autore di altre scoperte: introduce il concetto di Unita Astronomica (distanza media terra sole) pur non misurandola. Egli usa questo importante concetto per esprimerein modo preciso le distanze relative nel sistema solare (calcolando queste distanze come semplici applicazioni di trigonometria). Copernico determina inoltre che i pianeti esterni sono più lenti, spiegando così il moto retrogado.

Copernico, a differenza dei suoi predecessori, pensava il suo modello come un descrizione della realta' (un vero modello scientifico attuale). I suoi contemporanei lo interpretavano invece, come un altro buon calcolatore del moto, non accettando l'idea che il Sole fosse materialmente al centro. Una delle grandi obiezioni che i contemporanei muovaveano al modello di Galileo rigurdava la mancanza di parallasse nelle osservazioni delle stelle lontane (cosa in realta' dovuta alla grande distanza delle stelle stesse, che a quei tempi era ignorata).

La parallasse:

Se consideriamo un osservatore che guarda dalla Terra delle stelle abbastanza vicine, esse appariranno in posizioni diverse (rispetto al cielo di riferimento) a seconda della posizione della Terra sulla sua orbita (nel disegno, in due momenti diversi dell'anno). Questo effetto e' chiamato parallasse.
Se aumenta la distanza delle stelle dal sole (distanza d) questo errore di parallasse diminuisce e dunque diventa sempre meno evidente.
Ai tempi di Copernico si pensava che le stelle fossero molto piu' vicine di quanto non lo siano realmente. Per cui, si pensava che, se la Terra fosse stata effettivamente in moto intorno al Sole, si sarebbe dovuto vedere un grande errore di parallasse sulla posizione delle stelle. L'assenza di questo effetto era una riprova del fatto che la Terra non potesse essere in moto intorno al sole...

Le leggi di Keplero

Le orbite dei pianeti intorno al Sole sono ancora oggi descritte in prima approssimazione da tre leggi chiamate leggi di Keplero.La storia della formulazione delle leggi di Keplero e' molto interessante ed e' un esempio dell'applicazione del metodo scientifico.

Tutto comincia da Tycho Brahe (1546-1601) che costrui' un modello del tutto equivalente, in termini di moto, al modello di Copernico, ma con la Terra al centro. Per refutare il modello Copernicano, calcolo' che se la Terra fosse stata in moto, allora le stelle dovevano distare da Saturno circa 700 volte la distanza da Saturno al Sole. La cosa sembrava impossibile per l'epoca anche se oggi sappiamo che la stella più vicina e' a 28500 volte questa distanza.
Brahe e' anche un ottimo sperimentale e fa delle osservazioni con un'incertezza di qualche arcominuto (circa 10 volte meglio di una persona con buona vista a occhio nudo!).
Unico neo di tutto il modello: le osservazioni sull'orbita di Marte (1546-1601) non quadravano con il modello teorico!.

A questo punto entra in gioco Keplero (1571-1630) che fu assunto da Brahe per sistemare i dettagli matematici che non quadravano nel suo modello.
Invece di lavorare su questa strada, Keplero lavora per migliorare il modello Copernicano (che non permetteva di spiegare comunque il moto dei pianeti, a causa delle orbite perfettamente circolari). Dopo diversi anni di lavoro ha un'idea folgorante: l'orbita dei pianeti non e' circolare ma ellittica...
I suoi contemporanei (compreso Galileo) non erano d'accordo...

Newton e nascita della dinamica

E' solo piu' tardi che Isaac Newton (1642-1727) ha dimostrato queste leggi come un'applicazione della legge di gravitazione universale ad un caso approssimato (un problema a 2 corpi…)

Infatti il sistema solare in prima approssimazione puo' essere schematizzato come un sistema a due corpi dove il Sole, di massa molto maggiore dei pianeti, e' fermo, e dove i pianeti, considerati puntiformi, non interagiscono tra loro nella lora orbita intorno al sole.

Con questa dimostrazione Newton inventa il calcolo infinitesimale...

Galileo

In seguito, Galileo (1564-1642) riprende questo modello eliocentrico presentandolo come una vera e propria rappresentazione della realtà (un vero modello scientifico attuale), asserendo per primo che il Sole doveva effettivamente situarsi al cnetro del sistema solare. Per questo, Galileo ebbe qualche problemino con la Chiesa dell'eopca...
Galileo è solitamente presentato come il padre della scienza moderna. Spesso la nascita del metodo scientifico viene attribuita al suo modello di sistema solare, che ha rimpiazzato i vecchi modelli geocentrici sulla base di chiare prove sperimentali (Galileo ha per primo usato il telescopio per fare delle osservazioni).

In realtà manca una tappa successiva, cioè la ricostruzione dell'esperimento in laboratorio (cosa non sempre facile in astrofisica!). Bisogna attendere ancora qualche tempo per avere delle prove sperimentali inconfutabili del moto della terra intorno al Sole (pendolo di Foucault...)

Le leggi di Keplero: capiamole con le animazioni...

Le orbite dei pianeti intorno al sole sono descritte da tre leggi empiriche (basate solo su osservazioni sperimentali!) formulate per la prima volta da Johannes Kepler (1571-1630).

Prima legge di Keplero:

Le orbite dei pianeti sono delle ellissi con il Sole in uno dei due fuochi.

L'immagine e' solo un'illustrazione. In realta' le orbite sono molto meno schiacciate.
Alcune conseguenze importanti:

l'orbita di un pianeta e' completamente contenuta da un piano;
l'orbita e' chiusa e periodica;
La distanza tra sole e pianeta non e costante.

Seconda legge di Keplero:

La linea che collega il pianeta al sole spazza aree uguali in tempi uguali .


	Una conseguenza molto importante di questa seconda legge e' che la velocita' del pianeta non e' costante. Essendo l'orbita ellittica, la distanza pianeta sole non e' costante. Visto che l'area spazzata deve essere costante, il pianeta deve accelerare quando si avvicina al perielio (vedi animazione in basso).

Terza legge di Keplero:

Il rapporto tra il quadrato del periodo e il cubo del
semiasse maggiore sono costanti per tutti i pianeti:

Questa terza legge implica che il periodo dei pianeti aumenta velocemente all'aumentare del raggio dell'orbita e dunque con la distanza dal sole: i pianeti piu' distanti ruotano molto piu' lentamente. Per questo i pianeti piu' distanti hanno degli "anni" molto piu' lunghi dei pianeti piu' interni.

Vedi la seguente pagina per un esperimento interessante:

http://www.solarviews.com/eng/edu/age.htm

Salgo a rubare il cielo.

2008-04-29T02:58:00.000-07:00

Il Large Binocular Telescope, con i due specchi da 8.4 metri di diametro su un’unica montatura meccanica, è il più grande telescopio esistente. Esso rappresenta inoltre uno dei maggiori progetti dell’Astrofisica attuale.

La sua configurazione binoculare ne fa uno strumento rivoluzionario, con prestazioni non ottenibili dai telescopi tradizionali.
Fornisce immagini dettagliate quanto un telescopio tradizionale con specchio da 22.8 metri: potrebbe vedere un’auto sulla Luna!

tratto da www.lbt.it per approfondimanti leggete quest'articolo

TEORIE SULL’ORIGINE DELL’UNIVERSO

2008-04-23T03:28:00.000-07:00

Due sono le teorie sull’origine dell’Universo che nel XX sec. si sono confrontate tra loro: la teoria dello stato stazionario e la teoria del Big Bang, verso la quale si orienta la grande maggioranza dei consensi.
Stato stazionario: L’Universo non ha avuto un’origine, ma è sempre esistito presentando un aspetto mediamente uguale in ogni punto dello spazio e in ogni tempo.
Secondo questa teoria, nel corso del tempo si crea della materia in ogni regione dello spazio per mantenere costante la densità media dell’Universo, che tende a diminuire per effetto dell’espansione.
La teoria, elaborata dagli inglesi Hermann Bondi e Thomas Gold, si dittuse negli anni ‘50, soprattutto per merito dell’inglese Fred Hoyle.
Big Bang: L’inizio dell’Universo. E segnato da un evento preciso, il Big Bang (in inglese, "grande esplosione"): è l’istante in cui comincia l’espansione dell’Universo, a partire da valori di temperatura e densità enormemente grandi (si può pensare che tutta la materia dell’Universo nel primissimo istante tosse concentrata in un punto). Si pensa che il Big Bang sia avvenuto tra 15 e 20 miliardi di anni fa.

Il momento esatto dell'origine non è facile da determinare.
Infatti l'unico modo è quello di stabilire con precisione il valore della costante di Hubble, cioè la velocità di espansione attuale, e lavorare a ritroso.
Questa misurazione si fa osservando la velocità di allontanamento di un gran numero di galassie, vicine e lontane, oggi con l'aiuto del telescopio spaziale che appunto si chama Hubble.
I primi momenti dopo il Big Bang: L’Universo, espandendosi, si è raffreddato e si sono formati protoni, neutroni, elettroni e, successivamente, i nuclei di elio; questi eventi richiesero pochi minuti.
Dopo circa 600 000 anni gli elettroni e i protoni si unirono formando gli atomi di idrogeno. In questa primissima fase la radiazione e la materia presenti nell’Universo interagivano fortemente tra loro così da non poter essere considerate separatamente.
Ma a partire dall’ "epoca della ricombinazione" dell’idrogeno la materia segui un’evoluzione propria: nel gas che riempiva l’Universo si formarono, per effetto della gravità, condensazioni di materia che diedero origine alle galassie e alle stelle.
La radiazione fossile: La radiazione presente continuò invece a riempire uniformemente Io spazio, diminuendo progressivamente di energia man mano che l’espansione continuava: la teoria del Big Bang permette di prevedere quali caratteristiche dovrebbe avere oggi questa radiazione (chiamata radiazione tossile o radiazione di fondo a 3° K). Nel 1965 la radiazione di tondo tu rilevata casualmente dagli statunitensi A. Penzias e R. Wilson, e tale scoperta provocò l’affermazione della teoria del Big Bang su quella dello stato stazionario, incapace di spiegarla.
Ulteriori indagini ed osservazioni hanno sempre più confermato la teoria, che viene pertanto definita "modello standard"

EVOLUZIONE FUTURA

Dipende dalla quantità di materia contenuta nell’Universo. Poiché ogni parte di materia esercita su ogni altra parte una forza di attrazione gravitazionale che tende a frenare l’espansione dell’Universo, si possono prospettare due differenti scenari futuri: un Universo aperto o un Universo chiuso.
Universo aperto: La quantità di materia non è sufficiente a fermare l’espansione, che continua quindi indefinitamente.
Universo chiuso: La quantità di materia è sufficiente a bloccare l’espansione: ad un certo punto inizia un processo di contrazione che provoca un "ritiro" dell’Universo fino a produrre un’enorme implosione, detta Big Crunch, un evento opposto al Big Bang.
Alcuni ipotizzano che il Big Crunch potrebbe essere seguito da un altro Big Bang e così via, secondo un processo ciclico.
I dati attualmente in nostro possesso farebbero propendere per un universo aperto. Tuttavia esiste il cosidetto problema della Massa Mancante, che rimetterebbe in gioco l'ipotesi dell'universo chiuso.
Si è scoperto, osservando gli ammassi di galassie e le stelle presso il centro della nostra galassia (Via Lattea) che il loro movimento è più veloce rispetto a quello che sarebbe giustificato dalla massa visibile (stelle, polvere intergalattica, ecc.)
Questa massa invisibile - che potrebbe essere data da buchi neri, oggetti opachi (come i pianeti o le stelle nane scure) e quindi non visibili o addirittura dai neutrini, se si scoprisse, come pare, che hanno una massa, sia pur piccola - sarebbe tale da giustificare l'ipotesi dell'universo chiuso (o oscillante).
La verità è che sappiamo ancora poco sulle leggi naturali che governano l'origine dell'universo al Tempo ZERO.
Le nostre migliori teorie (relatività e quanti) ci permettono di indagare in modo significativo fino adu un tempo pari a 1 / 1043 di secondo, ma non fino a zero !.
Si spera molto dalla integrazione di relatività e quanti. Si ipotizza anche che il punto Zero sia l'origine, oltre che dello spazio-tempo e quindi dell'energia e della massa, anche delle stesse leggi fisiche.
Se si riuscisse ad indagare in questa direzione, si otterrebbe una vera Teoria del Tutto, cioè un modello che spiega non solo l'evoluzione dell'intero universo, ma anche i dettagli della sua origine.

sito: www.geocities.com/codadilupo_2000/univ.htm
immagini dal sito: http://mysterium.blogosfere.it/2008/03/in-nuovo-libro-rivoluzionarie-tesi-sulle-origini-del-cosmo.html
Ricerca di: Rachelle Anne Go; Elisa Di Franco

Il cielo con gli strumenti d'osservazione: Suoni e visioni

2008-04-14T07:29:00.000-07:00

Riprese della superficie lunare dell'astrofotografo John Lenard Walson con un telescopio amatoriale Meade e una camera digitale.

"Oltre ad aver scoperto e affinato questa tecnica ottica di ripresa video con telescopio, John ha anche scoperto come ascoltare e registrare, in tempo reale, il vero suono emanato dal particolare velivolo spaziale che sta filmando. Allineando attentamente una parabola satellitare al suo telescopio, è stato in grado di registrare dei suoni molto inusuali e curiosi, emessi dai diversi oggetti spaziali…"

Registrare suoni provenienti dalle macchine spaziali Il link qui sotto porta ad una pagina della BBC, in cui si spiega, più o meno al 7’ minuto di proiezione, come sia facile registrare i suoni provenienti dallo spazio…

http://www.bbc.co.uk/science/space/spaceguide/skyatnight/proginfo.shtml

E qui c'è un altro esempio di quello che sembra un suono prodotto dagli oggetti sopra di noi. John spiega che dopo pochi secondi che ha fissato un oggetto, egli può, con una parabola, cogliere il rumore che l'oggetto lascia dietro di sé…

(tratto da www.rense.com tradotto da www.ecplanet.com)

Macchine spaziali

2008-04-14T07:11:00.000-07:00

di: Jeff Rense (tratto da www.ecplanet.com)

Questa recentissima serie di pregevoli video dell'astro-fotografo John Walson contiene altre nuove e provocatorie immagini, che includono l'osservazione, senza precedenti, di una macchina spaziale mentre viene spostata e ri-posizionata in orbita. Questo particolare filmato dà quasi l'idea che la macchina sia viva… talmente è flessibile la parte colta in movimento da telescopio e videocamera di Walson.

Per prima cosa, alcuni fermo-fotogrammi, con contrasto aumentato, relativi a parecchi dei più recenti oggetti scoperti in orbita sopra di noi. La prima inquadratura qui sotto mostra l'oggetto ripreso di notte…

Dicitura: “mi piace questo velivolo, guardate alla sua estremità, che cos'è ?”

Qui invece c'è lo stesso oggetto ripreso a mezzogiorno. Con tanti saluti ai tentativi di liquidare queste macchine come ‘stelle’…

Dicitura: “a mezzogiorno circa è ancora lì”

E qui c'è un ingrandimento con contrasto…

Eclissi di Luna di marzo 2007

2008-04-10T10:28:00.000-07:00

Eclissi di Luna, del 3 marzo 2007 alle ore 21

Nella tarda serata di sabato 3 marzo è stato possibile assistere da tutta la Penisola al suggestivo fenomeno astronomico dovuto all’allineamento tra Sole, Terra e Luna. Un fenomeno simile si verificherà di nuovo solo nel 2026.

Il giorno 3 marzo (più precisamente, nella tarda sera del 3 marzo e durante la notte fra il 3 ed il 4 marzo), si è verificato un’eclissi di Luna, visibile in tutto il territorio nazionale. Questo tipo di eclissi può verificarsi solo al plenilunio, ovvero quando la Luna si trova in opposizione rispetto al Sole e allorché le longitudini geocentriche dell’astro e del satellite differiscono di 180°; inoltre, la Luna deve trovarsi in corrispondenza del nodo ascendente o discendente.
Il cono d’ombra creato dalla Terra è dovuto all’intercettazione dei raggi solari da parte del nostro Pianeta. L’eclissi avviene in modo parziale o totale in funzione del fatto che la Luna attraversi parzialmente o totalmente tale cono. Il nostro satellite (vedi immagine tratta del sito dell'Osservatorio Astronomico di Padova)assumerà un colore rosso fuoco, poiché i raggi solari, filtrando attraverso l’atmosfera, le faranno assumere tale aspetto.
Lo spettacolo si è stato molto interessante, dato che una situazione di questo tipo si presenterà nuovamente solo nel 2026. Allorchè la Terra causa un eclisse di Luna, il satellite non scompare mai del tutto nell'ombra terrestre, ma rimane di un colore rossastro. Le caratteristiche dell'ombra vengono modificate dal'atmosfera terrestre (anche per questo, durante le Eclissi si coglie l'occasione per studiare lo stato di salute della nostra atmosfera) che, per rifrazione, devia i raggi solari ed assorbe quasi tutte le lunghezze d'onda che compongono la luce del Sole, ad eccezione di quelle relative al rosso, le quali -rifratte - cadono sulla superficie della Luna, conferendole un colore rosso - mattone: questa volta, il fenomeno in parola si presenterà nella sua integrità, secondo il valore 3 e 4(*) della Scala Danjon.

Le ore (locali) di inizio della penombra sono state:

Milano: 21 42 (fase massima: 00 45); Roma: 21 28 (00 38) ; Catania: 21 18 (00 21).

(*)3= Eclissi rosso mattone, con ombra avente una bordatura gialla;
4= Eclissi color rame od arancio, molto luminosa; ombra con probabili riflessi blu.

Gian Carlo Ruggeri (Meteorologo)

Testo tratto da: www.bolina.it

siamo polvere di stelle!

2008-04-10T08:16:00.000-07:00

questo spazio ò dedicato ai miei studenti di terza per alimentare e sostenere la passione che li lega all'Astronomia! Questo luogo virtuale ci darà la possibilità di scambiare informazioni ricerche e curiosità da condividere!