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© Associazione Astrofili Paolo Maffei Perugia 2010

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Corso Base di AstronomiaCorso Base di AstronomiaDaniele GasparriDaniele Gasparri

Lezione 1, 15/03/2013: Lezione 1, 15/03/2013: - Introduzione all’astronomia- Introduzione all’astronomia

- Il Sistema SolareIl Sistema Solare- Oltre il Sistema SolareOltre il Sistema Solare

www.astrofilimaffei.org [email protected]


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Corso Base di AstronomiaCorso Base di Astronomia

Che cosa è l’astronomia

L’astronomia è la scienza che studia l’Universo e tutti i corpi celesti in esso contenuti. A seconda della disciplina si parla di:

- Astrofisica- Cosmologia

Data la vastità e la complessità degli argomenti, l’astronomo professionista moderno deve specializzarsi in una branca all’interno di queste due

discipline


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Chi è e cosa fa un astronomo?

L’astronomo è un investigatore del cielo; egli utilizza i dati raccolti dagli oggetti per capire come funzionano e come si evolvono.

A cosa serve l’astronomia? Oltre alla personale conoscenza dell’uomo e delle sue origini, vi sono risvolti più “pratici” nell’osservazione del cielo:

- Sviluppo di computer- Camere digitali

- Internet- Satelliti di navigazione, telecomunicazioni, previsioni meteo

- Impianti energetici (fotovoltaico, fusione nucleare)


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Chi è e cosa fa un astrofilo?

L’astrofilo è un osservatore del cielo a livello non professionale. Un astrofilo può studiare l’Universo come un astronomo oppure limitarsi alla sua

contemplazione attraverso strumentazione amatoriale.

Per diventare un astrofilo non servono lauree o conoscenze particolari, solamente curiosità e voglia di conoscere l’Universo sopra la nostra testa


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L’Universo: che cosa è

Dire cosa è l’Universo è semplice: tutto ciò che esiste. Più difficile capire come funziona

Nell’Universo esistono:- Pianeti- Stelle

- Nebulose- Ammassi stellari

- Galassie- Ammassi di galassie


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L’Universo: come si può immaginare

L’Universo non è un ambiente statico e immobile. Tutta la materia contenuta è in perenne evoluzione: non esiste la quiete

assolutaL’universo può quindi essere pensato come un’entità in perenne movimento,

con delle energie oltre ogni possibile immaginazione

Per imparare ad osservare l’Universo è necessario essere consapevoli di quello che si sta osservando, di ciò che si manifesta quando poniamo l’occhio in un

telescopio.


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Alcune grandezze dell’Universo: Dimensioni


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Alcune grandezze dell’Universo: Distanze

L’anno luce: un’unità di misura che sentiremo spesso!


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Alcune grandezze dell’Universo: Tempi

Tutto nell’Universo è in movimento ed evoluzione, ma su tempi molto diversi da quelli “umani”


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Uno sguardo al sistema solare


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Il sistema solare: Il SoleStella di taglia media. Raggio di circa 700000 km, massa 333000 masse terrestri

Quale la sua densità?

Cosa rende possibile l’esistenza del sole? Immensa centrale a fusione nucleare

Macchie solari e ciclo solare

Quanto tempo può vivere il Sole?

Che importanza ha per il sistema solare?


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Il sistema solare: Pianeti rocciosiMercurio, Venere, Terra e Marte.

Pianeti che possiedono una superficie solida.

Mercurio è il più piccolo e vicino al Sole

Venere è simile alla Terra quanto a dimensioni, ma è il più caldo del sistema solare a causa dell’effetto serra prodotto dall’atmosfera

Marte è pianeta esterno, metà la Terra ed il più simile.


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Il sistema solare: LunaCostola della Terra, formatasi circa 4,5 miliardi di anni fa da un catastrofico impatto

Corpo celeste più vicino: distanza media 385000 km

Unico corpo celeste sul quale ha messo piede l’uomo

La Luna ci mostra sempre una faccia


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Il sistema solare: LunaLa Luna mostra il fenomeno delle fasi lunari: mese lunare pari a 29 giorni e 12 ore

La sua superficie è solcata da macchie più scure, chiamate mari e da grandi crateri da impatto, segno del bombardamento subito circa 3,5 miliardi di anni fa.


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Il sistema solare: AsteroidiTra l’orbita di Marte e quella di Giove esiste una fascia contenente milioni di corpi rocciosi perlopiù di piccole dimensioni, chiamati asteroidi.

Gli asteroidi sono residui fossili della formazione del sistema solare: rocce antiche circa 4,5 miliardi di anni.

Primo asteroide scoperto: Cerere, Giuseppe Piazzi, 1 Gennaio 1801

Molti sono di forma irregolare, privi di atmosfera e di composizione ferrosa


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Il sistema solare: pianeti gassosiGiove, Saturno, Urano e Nettuno

Pianeti molto più grandi di quelli rocciosi, composti quasi interamente di gas.

Giove è il più grande, ben 11 volte la Terra

Saturno è così leggero che potrebbe galleggiare nell’acqua e possiede un magnifico sistema di anelli

Urano e Nettuno si trovano a miliardi di km e sono mondi estremamente freddi e calmi, contrariamente a Giove, il più attivo del Sistema Solare.


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Gli anelli nel sistema solareNon solo Saturno, ma tutti i pianeti gassosi possiedono un sistema di anelli più o meno complesso. Quale può esserne l’origine?


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I satelliti nel sistema solareLa Terra possiede un satellite naturale, la Luna, ma cosa possiamo dire degli altri pianeti?

Marte: 2 satelliti piccoli, presumibilmente asteroidi. Phobos e Deimos

Giove: 63 satelliti, di cui 4 principali, detti medicei. Io, Europa, Ganimede, Callisto

Saturno: almeno 62 satelliti, il maggiore è Titano

Urano: 27 lune, le maggiori sono Umbriel, Titania, Oberon, Ariel

Nettuno: 13, di cui il maggiore è Tritone

Plutone: 4, il maggiore è Caronte


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Il sistema solare: Plutone e i pianeti naniPianeti nani: corpi celesti dalla forma sferica o regolare, di cospicue dimensioni.

Secondo questa definizione, Cerere, l’asteroide più grande, è stato classificato pianeta nano

Oltre l’orbita di Nettuno, Plutone è il capostipite di una classe di oggetti, detti oggetti di Kuiper o della fascia di Kuiper, i cui componenti maggiori sono classificati come pianeti nani e sono di dimensioni simili alla Luna


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Il sistema solare: Oltre plutone

La fascia di Kuiper è una zona simile alla fascia principale degli asteroidi, contenente corpi principalmente ghiacciati, alcuni di cospicue dimensioni


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Il sistema solare: Oltre plutoneOltre la fascia di Kuiper, dalla quale provengono alcune comete periodiche, si trova la nube di Oort, un immenso serbatorio di piccoli corpi ghiacciati, detriti della formazione del sistema solare. L’estensione della nube di Oort è enorme, tanto che si pensa che le propaggini più esterne si possano trovare a metà strada con la stella più vicina, Proxima Centauri (distante 4,3 anni luce)


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Il sistema solare: Le cometeCorpi celesti di ridotte dimensioni, composti quasi completamente di ghiaccio, che evaporano letteralmente quando, per qualsiasi motivo, si avvicinano al Sole

Le comete provengono tutte da oltre l’orbita di Giove, principalmente dalla fascia di Kuiper o dalla nube di Oort. Cosa spinge questi oggetti verso le regioni interne del sistema solare?


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Che cosa c’è al di fuori del sistema solare

Il Sistema Solare fa parte della Via Lattea, o Galassia, un’immensa isola contenente 200 miliardi di stelle e distese sterminate di gas e polveri che danno vita alle nebulose.

Al di fuori del nostro Sistema Solare si aprono le porte del vero Universo


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Le stelle: che cosa sono

Ricordate il Sole? E’ una delle 200 miliardi di stelle della Galassia

Una stella è un’immensa sfera di gas incandescente in perenne lotta contro la sua stessa forza di gravità

Composizione chimica: idrogeno ed elio, gli elementi più abbondanti dell’Universo


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Le stelle: la fusione nucleare

Tutte le stelle brillano e quindi vivono grazie alla fusione nucleare

Nelle parti interne ci sono temperature di milioni di gradi e pressioni di miliardi di atm

Il gas si trova nello stato di plasma: protoni ed elettroni

Gli urti tra le particelle sono così violenti che esse si fondono invece di respingersi, generando nuovi nuclei atomici (elio) ed un’immensa quantità di energia


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Alcune curiosità sulla fusione nucleareSenza la fusione nucleare non esisterebbe alcuna stella

L’energia deriva dall’equazione E=mc2: la massa si trasforma in energia

Nel Sole ogni secondo 5 milioni di tonnellate di idrogeno si trasformano in energia

Le reazioni formano una catena, detta protone-protone. Il tempo per la prima reazione, la trasformazione di un nucleo di idrogeno in deuterio richiede 10 milioni di anni! Per fortuna, altrimenti il Sole sarebbe diventata un’immensa bomba nucleare!

Un grammo di idrogeno = 11 tonnellate di carbone!


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Classificazione delle StelleOsservate ad occhio nudo le stelle hanno colori diversi: Perché?

Perché hanno temperature diverse!

Il colore di ogni stella dipende dalla temperatura dell’ultimo strato gassoso.

Stelle azzurre sono molto calde (30000°C); stelle rosse sono fredde (2000°C)


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Quanto vive una stella?Le grandi e brillanti stelle blu vivono a mala pena per 10 milioni di anni

Il Sole, una stella media, vive per circa 10 miliardi di anni

Le stelle rosse, quindi fredde e di classe spettrale M vivono oltre 50 miliardi di anni! Di fatto, l’Universo è troppo giovane per rendere possibile la morte di una di queste piccole ma longeve stelle


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Evoluzione stellare: nascita di una stellaPrima di parlare della morte di una stella, bisogna capire come nasce.

Tutte le stelle nascono da immense distese di gas molto freddo, che comincia a contrarsi per effetto della forza di gravità.

Quando la temperatura del nucleo sale oltre i 10 milioni di gradi la stella si accende e comincia la sua vita

Da queste nubi fredde, dette anche nebulose oscure o nubi molecolari, nascono decine di stelle, a volte centinaia.

Il processo di nascita di una stella è abbastanza rapido: qualche milione di anni


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Evoluzione stellare: morte di una stella, vita nell’Universo

Tutti gli elementi di cui è composta la Terra e tutte le forme di vita provengono dall’interno delle stelle.

Ogni atomo di cui siamo costituiti è stato fabbricato nel nucleo di qualche stella, in chissà quale angolo della Galassia, miliardi di anni prima della formazione del Sole e del Sistema Solare

Siamo figli delle stelle!


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Prima e dopo le stelle: le nebulose

Le nebulose rappresentano l’inizio e la fine delle stelle.

Dalle nebulose nascono tutte le stelle, e tutte le stelle diventano nebulose al termine delle loro vita.

Le nebulose sono immense distese di gas, estremamente rarefatto.


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Classificazione delle nebulose• Nebulose oscure: nubi di gas e polveri, molto fredde ed invisibili. Possono essere estese decine di anni luce. Da esse nascono le stelle

• Nebulose ad emissione: quando nascono le stelle, non consumano tutto il gas della nebulosa oscura. Se le stelle sono blu, di tipo spettrale O e B, esse accendono la nebulosa che brilla di luce propria con una tenue colorazione rosata

• Nebulose a riflessione: se le stelle nate dalle nebulose oscure non sono molto calde, non accendono il gas, ma lo rendono visibile per diffusione, proprio come dei fari nella nebbia


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Classificazione delle nebuloseDalla morte delle stelle si generano altre nebulose, più piccole

• Nebulose planetarie: sono gli strati di gas espulsi da stelle simili al Sole al termine della loro vita e resi luminosi dalla luce della nana bianca centrale

• Resti di supernova: sono letteralmente i pezzi di stelle molto massicce scagliati nello spazio a velocità di migliaia di km/s dall’esplosione delle supernovae


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Gruppi di stelle: gli ammassi stellariLe stelle tendono a nascere sempre in gruppi e a seconda della densità e della posizione nella galassia si hanno:

• Ammassi aperti: giovani, con poche stelle (meno di 1000), all’interno del disco della galassia

• Ammassi globulari: antichissimi (nuclei di condensazione prima delle galassie?), composti da centinaia di migliaia di stelle strettamente raccolte


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Le galassieMattoni dell’Universo: immensi agglomerati di gas e stelle che ruotano attorno al centro con velocità di circa 200 km/s

Le Galassie contengono oltre il 90% della materia dell’Universo

Giganteschi agglomerati di stelle e gas in rotazione attorno al centro

Dimensioni tipiche di decine o centinaia di migliaia di anni luce

Le galassie sono distribuite uniformemente in tutto l’Universo


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Quante galassie?Nell’Universo esistono circa 300 miliardi di galassie secondo le ultime ipotesi

Ogni galassia contiene circa 100 miliardi di stelle: Quante stelle?

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