Esercizi: 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.

Cita due prove a sostegno della teoria del Big Bang e spiega brevemente ciascuna.

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.

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.

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.

Che cos'è la radiazione cosmica di fondo a microonde? Spiega perché la sua rilevazione è considerata una prova fondamentale del Big Bang.

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».

1. 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.
2. 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.

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).

1. 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.
2. 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.

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).

1. 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.
2. 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.