Piccolo libro sull'Universo
Asteroidi, buchi neri, onde gravitazionali e altri interrogativi sul cosmo
Quante galassie ci sono nell’Universo? Possiamo tuffarci in un buco nero? Dobbiamo aver paura dei raggi cosmici? E cosa c’era prima del Big Bang? Un libro sulla storia e il destino del cosmo scritto in maniera chiara, esaustiva e divertente.
- Collana: ScienzaFACILE
- ISBN: 9788822068637
- Anno: 2015
- Mese: novembre
- Formato: 14 x 21 cm
- Pagine: 232
- Note: illustrato
- Tag: Scienza Cosmologia Astronomia Universo Astrofisica
Dalla Terra alla Luna, dal Sole alle comete, fino agli angoli più remoti della nostra galassia e ancora oltre: questo libro conduce il lettore in un viaggio nello spazio e nel tempo alla scoperta del nostro Universo e degli uomini che, nel corso della storia, hanno dedicato la propria vita a studiare i misteri del cosmo. Con un linguaggio semplice e giocoso, in un centinaio di domande e altrettante risposte, gli autori esaminano le questioni più importanti dell’astronomia e della cosmologia, con un’attenzione particolare per la storia della scienza e gli episodi salienti della vita dei suoi protagonisti; ampio spazio è riservato ad aspetti ancora privi di una spiegazione definitiva, come la natura della materia oscura, lo sviluppo delle esplorazioni spaziali, il possibile destino dell’Universo.
Introduzione - 1. Alcuni strumenti utili - Qual è la scala delle distanze in astronomia? • Quali sono i “messaggeri” dell’Universo? • Riflettore o rifrattore: qual è il telescopio migliore? • Quali sono le forze fondamentali nell’Universo? - 2. La Terra e le sue due luci: il Sole e la Luna - Come si misura la Terra?• Quali sono le dimensioni della Terra?• Quale distanza separa la Terra dalla Luna?• Quale distanza separa la Terra dal Sole?• Cosa sono le eclissi di Luna o di Sole? • Qual è l’età della Terra?• Come si è formato il Sistema Solare? • Da dove viene la Luna?• Il riscaldamento della Terra è ineluttabile?• Il Sole scomparirà? • Viaggiare nello spazio: sì, ma come?• Quali furono i pionieri della conquista dello spazio? • Volo balistico o a propulsione continua? - 3. I pianeti esterni: da Marte in poi - Il moto retrogrado è qualcosa di cui vergognarsi?• Ci sono canali su Marte? • L’uomo metterà mai piede su Marte?• Quando avverrà la colonizzazione dello spazio più vicino?• Perché dovremmo voler vivere su Marte? Perché lo si vuole esplorare?• Da dove vengono gli asteroidi?• Le meteoriti: killer in piena regola?• Quante lune vi sono nel Sistema Solare?• Giove, una stella “mancata”?• Qual è il mistero degli anelli di Saturno? • Esistono altri modi di viaggiare nello spazio? - 4. Plutone e le frontiere del Sistema Solare - Chi era Clyde William Tombaugh?• Cosa sarà mai un pianeta nano?• Di cosa è fatta la fascia di Kuiper?• Cosa sappiamo della nube di Oort?• Avete detto comete?• L’anomalia Pioneer è stata spiegata?• Un messaggio in bottiglia, ma per chi? • Dove finisce il Sistema Solare?• Come possiamo raggiungere le altre stelle? - 5. La nostra galassia, la Via Lattea - Le nebulose sono semplici nubi?• Chi ha vinto il Grande Dibattito?• Da dove vengono le costellazioni?• Quante stelle ci sono nella galassia?• La nostra galassia è una spirale senza fine? • Cosa succede nel cuore delle stelle più massive? • Come muoiono le stelle massive?• C’è un buco nero gigante al centro della Via Lattea?• Prossimo abbordaggio, le Nubi di Magellano? • La Via Lattea entrerà in collisione con Andromeda?• Come si rivelano i pianeti extrasolari? - 6. Un Universo di galassie - Quante galassie ci sono nell’Universo?• Cos’è il diagramma a diapason di Hubble?• Da dove proviene il colore delle galassie?• Cosa provoca la struttura a spirale delle galassie? • Cosa si intende per nucleo galattico attivo?• C’è un buco nero supermassivo al centro di ogni galassia?• Cosa sono gli ammassi di galassie?• Cos’è il Gruppo Locale?• Come si sono formate le galassie?• Qual è la più lontana galassia conosciuta? - 7. L’infanzia dell’Universo - Cosa significa l’espressione Big Bang?• Quali dati sostengono la teoria del Big Bang?• Come ha fatto Hubble a scoprire l’espansione dell’Universo?• Chi ha proposto la teoria del Big Bang? • Cos’è successo nelle primissime fasi di vita dell’Universo?• Cos’è la nucleosintesi primordiale?• Cos’è la radiazione cosmica di fondo?• Come si è evoluto l’Universo dopo la ricombinazione?• Cos’è l’età oscura dell’Universo?• Quali sono le teorie rivali del Big Bang?• Cosa c’era prima del Big Bang? - 8. I buchi neri - Un buco nero è un astro che trattiene la luce?• Cosa dice la relatività generale?• Chi ha “inventato” i buchi neri?• I buchi neri esistono davvero?• Quanti tipi diversi di buchi neri esistono?• Come si fa a “vedere” un buco nero?• Quali sono le tappe della formazione di un buco nero?• Che forma ha un buco nero?• È possibile cadere in un buco nero? - 9. Materia ed energia oscura - Cos’è la materia oscura?• Chi ha “inventato” la materia oscura?• Di cosa è fatta la materia oscura?• Avete detto Wimp?• Possiamo rivelare le particelle di materia oscura?• A che punto è la caccia ai neutralini?• E l’energia oscura, che cos’è?• Come è stata scoperta l’energia oscura?• Qual è la natura dell’energia oscura?• L’energia oscura regola il destino dell’Universo?• E se la materia e l’energia oscura non fossero altro che un’illusione? - 10. I pericoli del cosmo - Uno strano bombardamento dal cielo?• Come sono stati scoperti i raggi cosmici?• Dobbiamo avere paura dei raggi cosmici?• I raggi cosmici: angeli o demoni?• I viaggi interplanetari sono pericolosi?• Il cielo può cascarci sulla testa?• La quiete prima della tempesta?• Le stelle possono diventare pericolose?• L’ultimo lampo?• E gli omini verdi? - Indice analitico
Chi ha “inventato” i buchi neri?
Einstein non era tipo da accettare l’esistenza di astri così stravaganti. Fu l’astronomo tedesco Karl Schwarzschild, come lui membro dell’Accademia reale delle scienze prussiana, il primo a comprendere che la teoria della relatività generale conduceva dritti al buco nero.
È l’autunno 1915 e la guerra si è diffusa in tutta Europa; ufficiale di artiglieria sul fronte russo-tedesco, Schwarzschild (che da civile era direttore dell’osservatorio di Potsdam, vicino Berlino) leggeva la rivista dell’Accademia reale delle scienze prussiana. Sul numero del 25 novembre 1915, notò il famoso articolo dove Einstein formulava la sua teoria della relatività generale. Da buon astronomo, Schwarzschild si era immediatamente chiesto cosa prevedesse la teoria della relatività generale riguardo alla geometria dello spazio intorno a un corpo molto massivo, come ad esempio una stella. In pochissimi giorni, sempre continuando a servire il suo Paese, Schwarzschild riuscì a calcolare la curvatura dello spazio-tempo prevalente all’esterno di una stella.
Come parametro fondamentale della sua geometria, l’astronomo introdusse una sfera critica, il cui raggio da allora ha preso il nome di «raggio di Schwarzschild». Tale parametro dipende soltanto dalla massa della stella considerata: ogni stella ha il suo raggio di Schwarzschild. Più la stella è densa, più il suo raggio reale ha un valore prossimo al raggio di Schwarzschild e maggiore è la distorsione dello spazio-tempo circostante. Se il raggio della stella diventa proprio uguale al suo raggio di Schwarzschild, la distorsione dello spazio-tempo è tale per cui sulla superficie dell’astro il tempo, infinitamente dilatato, appare come congelato. In altre parole, la lunghezza d’onda della luce emessa dalla stella aumenta nella stessa proporzione della dilatazione del tempo. Sulla superficie dell’astro, la lunghezza d’onda cresce indefinitamente: la luce cessa di esistere. Un osservatore esterno, pertanto, non vede più provenire dalla stella alcuna luce.
Potremmo anche dire che un astro molto denso “scaverebbe” nello spazio-tempo un buco così profondo che nemmeno la luce sarebbe più in grado di uscirne; da questa idea deriva il nome di buco nero, proposto dal fisico americano John Wheeler nel 1967.
Niente caratterizza meglio un buco nero della sfera di raggio uguale al suo raggio di Schwarzschild. Dotata del nome fortemente evocativo di «orizzonte degli eventi», la superficie di questa sfera separa il nostro Universo da una regione da cui è disconnesso: quanto succede al di qua dell’orizzonte non potrà mai esercitare alcuna influenza sull’esterno, dove persiste soltanto la curvatura dello spazio-tempo impressa dal buco nero.
In generale, un evento che ha luogo in un certo punto A non può essere la causa di un altro evento, sopraggiunto nel punto B, se non nel caso in cui la distanza tra A e B possa essere percorsa dalla luce in un tempo inferiore all’età dell’Universo. Dal momento che la luce non può oltrepassare l’orizzonte degli eventi, è rotto per sempre qualsiasi legame di causalità tra l’interno e l’esterno del buco nero.
Per terminare la storia di questi astri, i più singolari di tutto l’Universo, sappiate che nella medesima epoca in cui i fisici erano sulle tracce dei buchi neri, gli storici della scienza stavano facendo un’importante scoperta: il concetto di buco nero, scaturito dalla teoria della relatività di Einstein, non era privo di rapporti con il concetto di «corpi oscuri» caro ad alcuni scienziati della fine del XVIII secolo, seguaci di Newton. Qualche spirito illuminato, come l’astronomo inglese John Michell e il matematico francese Pierre-Simon de Laplace, aveva infatti dimostrato che potevano esistere corpi che emettevano luce imprigionata all’interno del corpo stesso a causa dell’attrazione gravitazionale.
Queste speculazioni, all’epoca, erano state fatte sotto l’egida di un’ipotesi di Newton rivelatasi in seguito sbagliata, ossia che la luce fosse composta da granelli di materia. All’inizio del XIX secolo, l’infatuazione degli scienziati per la natura ondulatoria della luce aveva contribuito a mettere da parte l’ipotesi di una luce fatta di corpuscoli pesanti, e l’idea che un corpo dotato di una massa ingente potesse imprigionare la luce era stata abbandonata.
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