La Terra nell'universo · L'universo e il sistema solare
L'origine dell'universo
Quando in una notte serena guardi una stella dalle Alpi o dalla spiaggia di una località del litorale adriatico, la luce che arriva ai tuoi occhi è partita da lì anni, secoli o addirittura milioni di anni fa: osservare il cielo significa osservare il passato. Dalla luce che ci arriva gli astronomi ricostruiscono l'origine e la storia dell'universo. Come ci riescono, e fino a quanto indietro nel tempo possiamo arrivare?
Il modello del Big Bang
Misurando la luce delle galassie lontane, gli astronomi hanno osservato che le righe del loro spettro sono sistematicamente spostate verso il rosso, e tanto più quanto più la galassia è distante: quasi tutte sembrano allontanarsi da noi. Perché le galassie si allontanano le une dalle altre, invece di muoversi in modo casuale?
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Spiega in che cosa consiste la teoria del Big Bang e indica quanto tempo fa, approssimativamente, si colloca l'origine dell'universo.
Spiega in che cosa consiste la teoria del Big Bang e indica quanto tempo fa, approssimativamente, si colloca l'origine dell'universo.
L'espansione dell'universo: legge di Hubble e redshift
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Hubble osservò che la luce delle galassie lontane si sposta verso il rosso. Spiega che cos'è il redshift (spostamento verso il rosso) e quale conclusione sull'universo…
Hubble osservò che la luce delle galassie lontane si sposta verso il rosso. Spiega che cos'è il redshift (spostamento verso il rosso) e quale conclusione sull'universo si ricava da questa osservazione.
Un compagno di classe afferma: «Poiché dalla Terra osserviamo che quasi tutte le galassie si allontanano da noi in qualsiasi direzione, la Via Lattea deve occupare…
Un compagno di classe afferma: «Poiché dalla Terra osserviamo che quasi tutte le galassie si allontanano da noi in qualsiasi direzione, la Via Lattea deve occupare l'esatto centro fisico dell'universo dove è avvenuto il Big Bang».
a) Servendoti dell'analogia della superficie di un palloncino con dei puntini disegnati che viene gonfiato, confuta la sua affermazione: deduci che cosa osserverebbe un astronomo situato in una qualsiasi delle altre galassie.
b) Individua un'importante limitazione di questa analogia: spiega perché collocare il Big Bang nel «centro interno vuoto» del palloncino è un errore concettuale sull'espansione dello spazio.
Formazione di galassie, stelle ed elementi chimici
Dalla nebulosa al sistema solare
Anche il nostro sistema solare nacque da una nube di gas e polveri, una nebulosa, circa 4.600 milioni di anni fa. Le fasi principali sono queste:
la nube, forse perturbata dall'esplosione di una stella vicina, collassa per effetto della gravità e comincia a ruotare;
al centro si concentra quasi tutta la materia e, quando la temperatura e la pressione diventano altissime, si accende la fusione dell'idrogeno: nasce il Sole;
il resto della materia si appiattisce in un disco protoplanetario che ruota attorno al Sole;
nel disco i granelli di polvere si aggregano in corpi sempre più grandi (planetesimi) che, urtandosi, formano i pianeti.
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Descrivi le principali fasi della formazione del sistema solare a partire da una nebulosa: collasso della nube di gas e polveri, formazione del Sole al centro e disco…
Descrivi le principali fasi della formazione del sistema solare a partire da una nebulosa: collasso della nube di gas e polveri, formazione del Sole al centro e disco protoplanetario.
Il divulgatore Carl Sagan rese popolare la frase «siamo polvere di stelle». Analizza la provenienza degli atomi del tuo corpo a partire da questi dati: l'idrogeno…
Il divulgatore Carl Sagan rese popolare la frase «siamo polvere di stelle». Analizza la provenienza degli atomi del tuo corpo a partire da questi dati: l'idrogeno rappresenta circa il $62\,\%$ del totale degli atomi, l'ossigeno il $24\,\%$, il carbonio il $12\,\%$ e il ferro un $0,001\,\%$ (essenziale nell'emoglobina per trasportare l'ossigeno).
a) Giustifica perché il carbonio, l'ossigeno e il ferro hanno dovuto formarsi all'interno o nella morte di stelle precedenti e non durante il Big Bang.
b) Deduci perché attorno alle stelle di prima generazione (Popolazione III, formate poco dopo il Big Bang unicamente da idrogeno ed elio) era impossibile che esistessero pianeti rocciosi con vita come il nostro.
La terza prova riguarda la composizione dell'universo: i calcoli della nucleosintesi primordiale, avvenuta nei primi minuti dopo il Big Bang, prevedono che circa il 75% della massa della materia ordinaria sia idrogeno e circa il 25% elio, con tracce di litio. Le osservazioni delle stelle più antiche e delle nubi di gas confermano questi valori, mentre gli elementi pesanti sono presenti solo in piccolissime quantità.
La seconda prova merita attenzione. Nei primi 380.000 anni l'universo era caldissimo e opaco, come una nebbia fitta di particelle cariche. Quando si raffreddò abbastanza da permettere la formazione di atomi neutri, la luce poté finalmente viaggiare libera. Quella luce, stirata dall'espansione, oggi ci arriva come radiazione cosmica di fondo a microonde, con una temperatura di circa 2,7 K, quasi uguale in tutte le direzioni. Fu scoperta per caso nel 1965 da Penzias e Wilson. Un modello che prevede una luce «fossile» e poi la si trova davvero, con le caratteristiche previste, è un modello molto solido.
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Che cos'è la radiazione cosmica di fondo a microonde? Spiega perché la sua rilevazione è considerata una prova fondamentale del Big Bang.
Che cos'è la radiazione cosmica di fondo a microonde? Spiega perché la sua rilevazione è considerata una prova fondamentale del Big Bang.
Per costruire il calendario cosmico basta una proporzione: se 13.800 milioni di anni corrispondono a 365 giorni, ogni evento a $t$ milioni di anni fa cade a una distanza dalla fine dell'anno pari a $365 \cdot \dfrac{t}{13.800}$ giorni.
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Osserva la linea del tempo dell'universo (non in scala): le lettere A, B, C e D indicano quattro eventi — Big Bang, formazione del Sole, formazione della Terra e…
Osserva la linea del tempo dell'universo (non in scala): le lettere A, B, C e D indicano quattro eventi — Big Bang, formazione del Sole, formazione della Terra e comparsa della vita — senza indicare quale sia quale. Identifica quale evento corrisponde a ciascuna lettera, ordinali dal più antico al più recente e indica quanto tempo fa è avvenuto ciascuno, approssimativamente.
Nel «calendario cosmico», i $13\,800$ milioni di anni dell'universo vengono condensati in un solo anno di 365 giorni (il 1° gennaio alle 00:00 è il Big Bang e il 31…
Nel «calendario cosmico», i $13\,800$ milioni di anni dell'universo vengono condensati in un solo anno di 365 giorni (il 1° gennaio alle 00:00 è il Big Bang e il 31 dicembre alle 24:00 è il momento presente).
a) Calcola in quale data approssimativa (mese e giorno) si formò la Terra ($4\,600$ milioni di anni fa) e in quale data e ora approssimative comparve il genere umano (Homo, circa $2,8$ milioni di anni fa). Mostra i calcoli.
b) Alla luce di questi risultati, confuta l'argomento antropocentrico secondo cui l'universo esiste con lo scopo principale di ospitare la specie umana, confrontando la frazione di tempo occupata dalla nostra esistenza con quella del cosmo.
Torna all'inizio: se guardare lontano significa guardare nel passato, la luce più antica e lontana che possiamo osservare è la radiazione cosmica di fondo, che ci mostra l'universo com'era appena 380.000 anni dopo il Big Bang.
In sintesi
Mettiti alla prova! 3 esercizi di livello medio in questa sezione