lunedì 1 febbraio 2010

Costellazioni e Mitologia: Orione

Tra le metodologie che ho utilizzato per imparare le costellazioni in particolare vi sono i miti (dato l'antico interesse che personalmente nutro per questi). Di conseguenza vi proprongo per iniziare il mito di Orione, costellazione che domina il cielo invernale e che è possibile osservare subito dopo il tramonto.

"Secondo la mitologia greca, Orione era un gigante, figlio di Poseidone ed Euriale, la figlia del re di Creta Minosse. Si narra che sull'isola di Chio, una notte corteggiò Merope, figlia del re Enopione, che irato per l'affronto lo fece accecare ed esiliare. Orione si rifugiò sull'isola di Lemno dove Efesto, impietosito dalla sua cecità, lo affidò alla guida di Cedalione, che lo condusse verso est, fin dove sorgeva il sole; lì grazie ad Eos, l'aurora, riacquistò la vista e prese in moglie la dea.

Cacciatore dagli occhi celesti, usciva di notte accompagnato dal suo fedele segugio, Sirio (Cane Maggiore), in cerca di prede. La dea Artemide, che con lui condivideva molte battute di caccia, se ne invaghì perdutamente e, nonostante fosse famosa per la sua sacra castità, gli fece delle esplicite avance. Orione declinò i ripetuti inviti con garbo, spiegando alla dea che mai avrebbe potuto tradire la sua amata sposa, alla quale era eternamente grato per aver riacquistato la vista. Inizialmente Artemide si mise l'animo in pace, ammirando, anzi, la "insolita" fedeltà dell'uomo...

Quando però successivamente scoprì che Orione si era invaghito delle Pleiadi, le sette figlie di Atlante e Pleione, e che aveva cominciato a molestarle, la dea fu accecata dall'ira e per vendicare l'incredibile affronto subìto inviò un suo fedele servo, lo scorpione; la bestia si intrufolò nella capanna del cacciatore durante la notte e ne attese il ritorno fino all'alba; il mostro continuò a rimaner nascosto fino a quando il nostro eroe ed il suo fido compagno non presero sonno, stanchi per un'intensa battuta di caccia, ed infine sferrò il suo attacco letale con il suo pungiglione avvelenato, prima su Orione e poi su Sirio che si era svegliato ed aveva tentato di difendere il suo padrone.

Esistono altre versioni riguardo la morte di Orione: alcune dicono che lo Scorpione fu inviato ad uccidere Orione da Apollo, fratello della dea, che quando venne a conoscenza dell'affetto di Artemide verso il cacciatore, ne rimase piuttosto contrariato; altri miti, invece, narrano che fu Orione a innamorarsi di Artemide, e non viceversa, e che per difendersi da lui la dea lo uccise con le sue frecce.
Quando Zeus scoprì cosa era successo si adirò molto, e dall'alto dell'Olimpo fulminò con una folgore lo scorpione. Infine decise di far ascendere al cielo gli eroi, e da allora la costellazione di Orione splende nell'Emisfero Boreale mentre affronta la carica del Toro e non tanto lontano luccica il Cane Maggiore (con la stella Sirio, che è la più lucente dell'Emisfero); la costellazione dello Scorpione invece sorge esattamente quando quella di Orione tramonta, affinché il terribile mostro non possa più insidiare il grande cacciatore." (Fonte Wikipedia)

Cieli sereni!

domenica 3 gennaio 2010

Le stelle: nascita, evoluzione e morte.

Edit 3 febbraio 2011: Per vedere un documentario su quest'argomento clicca qui!

Le stelle che ci lasciano in estasi di fronte allo spettacolo che solo loro sanno offrirci e causa delle nostre notti insonni impegnati a saltare, come acrobati impavidi, da una stella all'altra. Ma cosa sono le stelle? Perchè hanno colori diversi? Come nascono? Ecco, queste sono le domande alle quali cercherò di rispondere in questo post.


Una stella in potenza: la Nebulosa
Globuli di Bok - Fonte NASA





La nascita di una stella avviene in particolari condizioni in una nebulosa che collassa su sé stessa sotto l'azione dell'attrazione gravitazionale: un'onda d'urto causata dall'esplosione di una stella (argomento trattato più avanti) o un qualsiasi altro disturbo gravitazionale fa collidere tra loro i gas (idrogeno ed elio principalmente; ossigeno, azoto e carbonio in quantità molto più esigue) e le polveri cosmiche che compongono la nebulosa creando dei nuclei di materia, i quali eserciteranno una forza attrattiva gravitazionale sulle particelle circostanti aumentando così sempre di più la loro massa; durante questa fase la nube che aumenta man mano la sua densità e che non emette radiazione luminosa prende il nome di Globulo di Bok.


Le Pleiadi - Fonte Flickr


Dato che le nebulose possono raggiungere un'estensione di qualche centinaio di anni luce (anno luce: spazio percorso dalla radiazione luminosa in un anno nel vuoto, pari a 9,461 biliardi (10^15) di metri) accade spesso che da una nebulosa nascano più stelle, come nel caso delle Pleiadi (figura a lato).  
E luce fu: l'accensione della stella.
Ricordando l'Equazione di stato dei gas perfetti:

pV / T = nR = costante
p: pressione (dovuta alla forza peso) 
V: volume 
n: n° di moli di gas (o "similmente" n° di particelle) 
R: costante universale dei gas 
T: temperatura (in Kelvin)

si ha quindi che al diminuire del volume, a parità di pressione, deve aumentare la temperatura affinché il rapporto al primo membro resti costante.
A questo punto il futuro della Protostella (così si chiama il Globulo di Bok completamente collassato su sè stesso) è segnato dalla sua massa (m):
  • per m < 0.08 Masse Solari (ovvero circa un decimo della massa del sole) non si raggiunge la temperatura di circa 8 milioni di gradi necessaria ad innescare a pieno regime i processi di fusione nucleare nel nucleo ed avremo una stella piccola e poco luminosa di colore rossastro che prenderà il nome di Nana Bruna, la quale però splenderà per miliardi di anni per motivi che poi approfondiremo.
  • per m > 0.08 Masse Solari si innescano invece a pieno regime i processi di fusione nucleare che trasformeranno l'Idrogeno in Elio, dando luogo ad un stella di grandi dimensioni ma che avrà una vita di circa 100 milioni di anni, la quale prende il nome di Gigante Azzurra, per il suo colore caratteristico.
Come mai la stella non collassa o esplode dopo l'accensione?

Dopo l'accensione, la stella è stabile e questa stabilità è dovuta alla contrapposizione di due forze: l'attrazione gravitazionale e la pressione di radiazione nucleare: la prima è direzionata dall'esterno verso l'interno e tende a far contrarre la stella, mentre la seconda è generata dai processi di fusione nucleare che avvengono nel nucleo dalla stella ed è direzionata dall'interno verso l'esterno.
Come si mantiene in equilibrio la stella?
  • Se la stella tende a comprimersi (prevalenza di forza gravitazionale) significa che la temperatura del nucleo si è abbassata e la pressione nucleare non riesce a contrastare da sola la gravità; ed è proprio questa compressione che fa diminuire il volume della stella con un conseguente aumento di temperatura, in accordo con l'Equazione di stato dei gas perfetti. Questo prende il nome di Equilibrio Idrostatico.
  • Se invece c'è una prevalenza di pressione di radiazione, ovvero c'è stato un aumento di temperatura nel nucleo e pertanto un aumento di energia prodotta, la stella tenderebbe ad aumentare il suo volume (tende a scoppiare) sempre in accordo con l'Equazione di stato dei gas perfetti (p,n,R costanti; se aumenta T deve aumentare necessariamente V). Dato che le stelle non si espandono a dismisura, abbiamo che punto per punto l'energia prodotta dal nucleo è perfettamente uguale a quella emessa sotto forma di luce. Questo prende il nome di Bilancio Termico.
I colori e l'evoluzione delle stelle
Diagramma di Hertzsprung-Russell - Fonte Wikimedia
Il colore di una stella è diretta funzione della sua temperatura superficiale, mentre la sua luminosità che a sua volta è funzione della magnitudine assoluta. Ejnar Hertzsprung e Henry Norris Russell nel 1910 misero a punto un diagramma che mette in relazione il colore della stella (asse delle ascisse) e la luminosità (asse delle ordinate). Il colore della stella, ossia la sua Classe Spettrale, è suddivisa in varie "bande": O-B-A-F-G-K-M-N-R che partono dall'azzurro e arrivano al rosso. Perché si usa? Questo diagramma è utilizzato al fine di definire le caratteristiche fisiche (età, distanza dalla Terra, composizione chimica, etc.) di una stella o di una agglomerato stellare. Come si legge? Come si vede le stelle si posizionano il posizioni ben distinte: prevalentemente lungo la diagonale che parte dall'angolo in alto a sinistra (Sequenza Principale) partendo dalle stelle più massicce e luminose fino ad arrivare alle stelle più piccole e meno luminose; in basso sinistra si posizionano le Nane Banche, mentre in alto a destra troviamo le Giganti e le Supergiganti. 

Possiamo a questo punto costruire una tabella dove riportare il colore e la temperatura superficiale della stella:
Temperatura
Colore
50.000°
Azzurro
25.000°
Bianco-Azzurro
10.000°
Bianco
8.000°
Bianco-Giallo
6.000°
Giallo
4.000°
Giallo -Arancio
< 3000°
Rosso
Riferiamoci ora alle dimensioni della stella. Una stella di grandi dimensioni tende in media ad avere una vita breve rispetto ad una stella con piccole dimensioni: questo è dovuto al fatto che la prima avrà una maggiore massa, quindi una maggiore forza di gravità tenderà a comprimerla e di conseguenza dovrà bruciare un quantitativo di idrogeno maggiore rispetto ad una stella di piccole dimensioni al fine peri contrastare la gravità con la pressione di radiazione.


Focalizziamo ora la nostra attenzione sulla struttura di una stella.
Struttura di una Stella - Fonte Flickr

Una stella è costituita di una serie di sezioni sferiche concentriche: la più interna si chiana Core ed è la zona dove avviene la fusione dell'idrogeno in elio. Subito dopo troviamo la Zona Radiativa dove l'energia prodotta nel Core sottoforma di fotoni (pacchetto di energia privo di massa) attraversa il plasma (gas ionizzato). Subito dopo troviamo la Zona Convettiva, dove l'energia, attraverso moti convettivi, viene trasferita alla Fotosfera. Quest'ultima è lo strato che fa da superficie di separazione tra gli strati "opachi" (perchè non è possibile osservarli direttamente nel caso del Sole) interni della stella e la sua atmosfera. Dopodichè troviamo la Cromosfera e la Corona: la prima è molto difficile da osservare nel caso solare per la vicinanza con l'abbagliante fotosfera, mentre la seconda è più agevole da osservare ad esempio durante un'eclissi totale oppure mediante uno strumento apposito (Coronografo).


La stella si trasforma
Antares, una supergigante rossa
Cosa accade alla stella una volta che è terminato l'idrogeno a disposizione nel nucleo? Dai processi di fusione dell'idrogeno abbiamo la produzione di elio; quando l'idrogeno termina viene a mancare la pressione di radiazione e quindi la gravità farà comprimere la stella e, sempre in relazione all'equazione di stato dei gas perfetti, si avrà un conseguente aumento di temperatura che innescherà questa volta i processi di fusione dell'elio che daranno come prodotti carbonio ed ossigeno: avremo un nuovo equilibrio per la stella, la quale prende il nome di "Stella Variabile Pulsante" che questa volta durerà circa 100 milioni di anni (rispetto ai precedenti 10 miliardi).
L'aspetto di questo tipo di stelle (elenco) cambia al momento della "nuova" accensione poiché, aumentando la temperatura nel nucleo, si innescano i processi di fusione dell'idrogeno che è ancora presente nelle zone circostanti al nucleo, ovvero si ha che in ogni guscio concentrico si brucia un carburante diverso: quindi la stella si espande e assume un colore rossastro; insomma la nostra stella diventa una Gigante Rossa (nella figura a lato Antares dello Scorpione).

Ultimo atto: l'epilogo della stella
Formazione della nebulosa planetaria - Fonte Wikimedia
In questa ultima fase il futuro della stella è deciso dalla sua massa. Per stelle di Piccole Dimensioni (come nel caso del Sole), una volta terminato l'elio a disposizione, si avrà una nuova contrazione, ma i livelli di densità raggiunti trasformeranno il gas presente nel nucleo della stella in un gas degenere il cui comportamento non soddisferà più l'equazione di stato dei gas perfetti; di conseguenza non si raggiungeranno temperature adeguate ad innescare la fusione del restante carbonio e ad opporsi alla contrazione gravitazione avremo, al posto della pressione di radiazione, proprio la pressione di gas degenere.
La stella è diventata una Nana Bianca, una stella di piccole dimensioni, poco luminosa e di colore bianco, la quale è circondata da una nube di materia (nebulosa planetaria) espulsa durante la contrazione nel passaggio da Gigante Rossa a Nana Bianca (nell'animazione la Nebulosa Elica); col tempo la Nana Bianca si raffredderà inesorabilmente e diventerà una Nana Nera.

Per stelle di Grandi Dimensioni, con massa a partire da 3 volte la massa del Sole, si ha una fine molto più spettacolare. Data la massa ingente, nel nucleo si avranno temperature tanto elevate che nel nucleo dopo l'elio e il carbonio si arriva al ferro il quale segna un punto di svolta per la stella in quanto la sua fusione non genera più materia, ma l'assorbe. Quindi l'equilibrio è di nuovo compromesso: quasi istantaneamente la stella collassa ed esplode . L'evento prende il nome di Supernova (qui un video molto suggestivo di quanto accade).
Ora in base a quanta materia rimane abbiamo due strade diverse.
  • Il collasso gravitazionale si può arrestare quando elettroni e protoni si fondono lasciando posto ai neutroni, la cui forza repulsiva controbiliancia la forza di gravità e daranno vita ad una Stella a neutroni o Pulsar (in quanto si comporta a mo' di faro-sirena). Le particolarità di questo tipo di stella sono di avere un diametro di pochi chilometri e di ruotare con velocità ragguardevoli attorno al proprio asse (anche 30 volte al secondo), velocità che andrà via via diminuendo lasciando il posto ad un corpo freddo, con densità elevatissime e quasi invisibile.
  • Nel caso di masse maggiori i neutroni non sviluppano una pressione sufficiente ad arrestare il collasso, quindi tutta la massa si andrà a collocare in un volume pari ad un punto geometrico. Si crea una cosiddetta singolarità spazio-temporale che prende il nome di Buco Nero dove la forza gravitazionale è talmente spinta che la luce, con i suoi 300.000 km/s, non riesce ad equiparare o superare la velocità di fuga (velocità minima iniziale a cui un oggetto "senza propulsione" deve muoversi per potersi allontanare indefinitamente da una sorgente di campo gravitazionale). Qui un approfondimento sui Buchi Neri e le teorie ad esso annesse.
Infine, per fissare meglio il concetto di grandezza, lascio un video veramente esaustivo.
Cieli Sereni!


giovedì 31 dicembre 2009

Eclissi Lunare 2009: foto ore 20.31

Fortunatamente il cielo napoletano è stato graziato dal maltempo, nonostante le previsioni metereologiche prevedessero pioggia (Come lavorano 'sti colonnelli? Bah!).
Ecco la foto che ho scattato alle ore 20.31 (sei minuti dopo il massimo dell'eclissi previsto per le 20.25):
Strumentazione: Skywatcher 130/900, Kellner "Super" 10mm, Polaroid i1035.
Seeing 8 Scala Pickering

Tutto l'universo conosciuto in SEI minuti: satelliti artificiali e Iridium Flares

Durante una pausa dallo studio, mi imbatto in questo video alquanto suggestivo il quale m'ha lasciato addosso l'oggettiva coscienza di essere un qualcosa di infinitamente piccolo: andrebbe fatto vedere a tanti palloni gonfiati in giro per le strade asfaltate, ma purtroppo dubito che arrivino alle mie stesse conclusioni; sì, lo so: sto divagando.
Tornando al nostro video, sono rimasto colpito dalla quantità di satelliti artificiali messi in orbita terrestre e di questi parlerò nel corso di questo post.

I satelliti artificiali
Il numero di satelliti artificiali che ruotano intorno alla Terra varia tra i 14000 e 20000 dei quali SOLO 400 funzionanti: se fossi un alieno sinceramente mi terrei lontano da una tale pattumiera!
Ho creato un piccolo video utilizzando Celestia, software veramente stupendo, il quale mostra il movimento di circa 1000 satelliti artificiali a velocità incrementata di un fattore 1000:
Era il 7 ottobre 1957 quando l'Unione Sovietica lanciò lo Sputnik-1, il primo satellite artificiale ad essere messo in orbita, il quale venne seguito dallo Sputnik-2, famoso per essere stato il primo satellite ad essere spedito in orbita con un essere vivente al suo interno: Laika, il primo cane/eroe spaziale.
Laika - Fonte Wikimedia
La sorte di Laika era stata fissata già prima della partenza: sarebbe morta in orbita in quanto lo Sputnik-2 fu realizzato senza scudo termico necessario per il rientro; non morì di fame, bensì di paura e solitudine poco dopo la messa in orbita, ma almeno nel posto giusto: tra le stelle!
Nell'anno 1958 fu il turno dell'americano Explorer-1. Per "patriottismo" vi aggiungo che il 15 dicembre 1964 fu lanciato l'italiano San Marco-1, il quale ci pose al terzo posto tra i paesi ad aver immesso un satellite artificiale in orbita.
I satelliti artificiali si possono dividere in due categorie: i satelliti scientifici e quelli applicativi; i primi sono destinati all'ambito puramente scientifico mentre i secondi hanno travano la loro utilità negli ambiti militari e commerciali civili.
In base alla loro altezza sono ulteriormente classificati:
  • LEO (Low Earth Orbit) posti in una fascia di altezza tra i 700km e 2000km; tra questi troviamo gli Iridium (Telefonia Satellitare), i Teledisc (Telecomunicazione), l'Envisat (Monitoraggio Ambientale) e la Stazione Spaziale internazionale.
  • MEO (Medium Earth Orbit) i quali sono ad un'altezza di 10000km e sono per la maggior parte satelltiti scientifici. Tra questi abbiamo Lageos (Misura distanze tra i continenti), Exos (Studio Ambientale), Apex (Studio Magnetosfera), Odissey (Trasmissione Dati), Ico (Telefonia Mobile) e Rosat (Monitoraggio Raggi X).
  • GEO (Geostatic Earth Orbit) posti ad un'altritudine di circa 36000km e tra questi troviamo Meteosat (Monitoraggio Meteo), Astra e Eutelsat (Trasmissioni Televisive).
Qualsiasi satellite orbita intorno alla Terra senza precipitare o allotanarsi se soddisfa una data relazione facilmente ricavabile:
la forza centrifuga ha formula:

Fc = (mv²)/r  dove  m: massa satellite, v:velicità satellite, r: raggio

la forza gravitazionale invece è:

Fg = (GmM)/r²  dove  M:massa Terra, G:costante di gravitazione

Uguagliando le due formule al fine di trovare l'equlibrio abbiamo che:

(mv²)/r = (GmM)/r²      =>     v = sqrt(GM/r)   dove sqrt: radice quadrata

E' possibile osservare un satellite in orbita con un telescopio? Certo che si, ma anche ad occhio nudo! Questo tipo di "avvistamenti" prendono il nome di Iridium Flare: "L'effetto visivo è che un puntino di luce cha fatichiamo a vedere ad occhio nudo, nel giro di pochi secondi aumenta la sua luminosità fino a raggiungere magnitudini negative, dopodiché altrettanto rapidamente si affievolisce e torna alla luminosità normale: questo è appunto un Iridium Flare." (fonte Commissione Divulgazione "UAI"). Posto anche un video preso da Youtube:
Per sapere in anticipo dove guardare potete fare riferimento al sito Heavens Above: impostate la vostra latitudine e longitudine e poi navigate tra i vari links i quali vi daranno l'ora, l'altezza e l'azimut per l'osservazione: ad esempio per la mia latitudine il prossimo Iridium Flare della ISS (Stazione Spaziale Internazionale) è previsto per il 5 Gennaio 2010, ore 18:07:43, Altezza 10 e Azimuth SSW.

N.B. L'azimuth in gradi, come specificato nel sito, si ottiene così:
N (0°), NNE (22,5°), NE (45°), ENE (67,5°), E (90°), ESE (112,5°), SE (135°), SSE (157,5°), S (180°), SSW (202,5°), SW (225°), WSW (247,5°), W (270°), WNW (292,5°), NW (315°), NNW (337,5°).

OFF TOPIC: Oggi termina l'Anno Internazionale dell'Astronomia e sempre oggi si dovrebbe avere un'eclissi di Luna; per ora il tempo è buono, speriamo si mentenga così!

Cieli Sereni e Buon Anno!