Appunti sulla luce, i sistemi di riferimento, la stella

Materie:Appunti
Categoria:Astronomia

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Testo

L’UNIVERSO ASTRONOMICO
LA LUCE:sappiamo che la luce è un insieme di radiazioni elettromagnetiche che si propagano nello spazio con velocità costante. Ogni radiazione è distinguibile dalle altre per la frequenza e la lunghezza d’onda. La frequenza è il numero di onde in cui essa si ripete nell’unità di tempo mentre la lunghezza d’onda è la distanza tra due massimi e due minimi successivi dell’onda. Le radiazioni elettromagnetiche trasportano nello spazio l’energia prodotta da una sorgente luminosa ;tale energia è espressa sotto forma di quanti di luce detti fotoni. La luce emessa in una traiettoria rettilinea in tutte le direzioni dello spazio. Quando i raggi luminosi entrano in un corpo trasparente vengono deviati .subiscono cioè una rifrazione ,fenomeno che si verifica anche per la luce proveniente dallo spazio che passa attraverso l’atmosfera. Quando un fascio di luce bianca passa attraverso un prisma la luce si scompone in un fascio di luci di colori diversi, causato appunto dalla rifrazione, che raccolte in uno schermo generano gli spettri ,i quali possono essere di tre tipi. Spettro di emissione continua che si ottiene facendo scaldare un corpo nero fino all’incandescenza il quale emette una luce generando uno spettro continuo contenente tutte le lunghezze d’onda; spettro di emissione a righe o a bande che si ottiene facendo scaldare un gas rarefatto ad elevate temperature che genera una luce di colore caratteristico .Lo spettro generato è costituito da un insieme di righe o bande su un fondo; spettro di assorbimento si ottiene quando una luce continua viene fatta passare attraverso una sostanza gassosa a bassa pressione ,in grado di assorbire determinate lunghezze d’onda .Lo spettro si presenta continuo con righe scure che rappresentano la lunghezza d’onda assorbita dal gas.Un importante strumento è lo sprettrogrfo che serve per l’osservazione delle stelle ,consentendo di produrre, osservare e analizzare gli spettri delle radiazioni luminose : è costituito da un telescopio, la cui immagine osservata passa attraverso una fenditura entrando nello strumento e tale immagine passerà poi attraverso una lente collimatrice un prisma che scomporrà la luce ,una lente focalizzatrice e infine si rifletterà sullo schermo.
STRUMENTI DI OSSERVAZIONE:uno strumento di osservazione è il telescopio e tutti i telescopi funzionano sulla base di uno stesso principio, convogliando cioè la radiazione elettromagnetica in un punto detto fuoco dove si forma l’immagine che viene poi analizzata: le caratteristiche più importanti sono il potere di risoluzione e l’ingrandimento. La prima è la capacità di percepire come distinti punti molto vicini, mentre la seconda determina dettagli che possono essere riconosciuti in un immagine del telescopio. Poi ci sono i radiotelescopi che studiano le radiazioni emesse dai corpi celesti nel campo delle onde radio. Attraverso tali strumenti è stato possibile dimostrare l’esistenza dei quasar, pulsar e radiogalassie.
Quando si verifica uno spostamento dello spettro ciò è causato dall’effetto Doppler il quale consiste in una variazione apparente delle lunghezze d’onda delle radiazioni ricevute ,causata dal movimento relativo di una sorgente rispetto all’osservatore .Quando sorgente e osservatore si allontanano le lunghezze d’onda aumentano mentre quando osservatore e sorgente si avvicinano le lunghezze d’onda si accorciano.
SISTEMA DI RIFERIMENTO: Per stabilire la posizione esatta di un astro è necessario costruire un sistema di riferimento nella sfera celeste; sono individuabili un polo nord ed un polo sud celesti uniti immaginariamente con una linea detta asse del mondo attorno alla quale ruota l’intera volta celeste in senso orario. Le stelle ruotando descrivono sulla sfera celeste dei cerchi paralleli tra loro il massimo dei quali è l’equatore celeste che divide in due emisferi la sfera ,quello boreale e quello australe. Come sulla terra è possibile definire un reticolo formato da cerchi orizzontali detti paralleli celesti e semicerchi verticali detti meridiani celesti i quali non sono altro che una dilatazione di quelli terrestri appunto. Il parallelo fondamentale è l’equatore mentre il meridiano fondamentale è quello passante per il punto gamma cioè quel punto in cui si trova il Sole nell’equinozio di primavera. La retta immaginaria che passa per il punto dell’osservatore parallela al filo a piombo è detta verticale; essa interseca la sfera celeste in due punti lo zenit che si trova sulla testa dell’ osservatore e il nadir che si trova sotto i piedi dell’osservatore.Il piano passante per il centro della sfera celeste e perpendicolare alla verticale del luogo si chiama orizzonte celeste
COORDINATE CELESTI:la posizione di un corpo celeste è nota tramite due angoli chiamati coordinate celesti e sono le coordinate altazimutali e quelle equatoriali: le coordinate altazimutali danno a posizione con la conoscenza di due angoli. l’altezza che corrisponde alla distanza angolare dell’astro dell’astro dal piano dell’osservatore e varia da 0° a 90° e l’azimut che è la distanza angolare tra la direzione del circolo verticale passante per l’astro e il meridiano locale; le coordinate equatoriali secondo le quali la posizione è definita dalla declinazione cioè la distanza angolare dall’equatore celeste e varia da 90°N a 90°S e dalla ascensione retta cioè l’angolo misurato in senso antiorario dal punto gamma.
STELLE:sono enormi masse di gas ad alta temperatura tenute insieme dalla forza di gravità che emettono energia sotto forma di luce a causa delle razioni termonucleari . Il metodo fondamentale per calcolare le distanze delle stelle è quello della parallasse :rilevando due posizioni della stella a distanza di sei mesi possiamo definire un triangolo che ha per base il diametro dell’orbita terrestre e per lati le distanze tra i due punti di osservazione e la stella:poiché la base del triangolo è sempre la stessa ,l’ampiezza dell’angolo al vertice dipende dalla distanza dell’astro, più è piccola più la stella sarà lontana ;perciò quest’angolo chiamato parallasse annua individua lo spostamento della stella nei sei mesi: per convenzione l’angolo di parallasse è metà dell’angolo della parallasse annua. Per calcolare la distanza dell’astro applichiamo sistemi trigonometrici. Le distanze astronomiche vengono espresse in parsec, unita astronomiche o anno luce.
La luminosità delle stelle può essere apparente cioè quella misurata dalla Terra che dipende dalla distanza e dalla luminosità e assoluta che dipende dall’energia che la stella irradia attraverso la superficie ed è l’energia radiante totale emessa dalla stella nell’unità di tempo; per questo due stelle che hanno la stessa luminosità assoluta hanno quella apparente uguale solo se si trovano alla stessa distanza. La misura della luminosità di una stella è detta magnitudine che può essere apparente cioè la luminosità percepita dalla Terra oppure assoluta che è la luminosità apparente che avrebbero le stelle se si trovassero tutte alla stessa distanza; un caso particolare è quello delle Cefeidi stelle che grazie alle loro pulsazioni permettono di ricavare la distanza dalla magnitudine, infatti più lungo è il periodo di pulsazione maggiore è la luminosità assoluta. Il colore che assume la stella dipende dalla temperatura superficiale, le più calde sono blu quelle fredde rosse; per ricavare l’esatta temperatura si usa l’indice di colore che è la differenza tra la magnitudine blu e quella gialla detta visuale. La massa può essere misurata solo se si hanno sistemi di stelle doppie o multiple applicando le leggi di Keplero conoscendo il periodo orbitale e la loro distanza. Esse possono essere raccolte nel diagramma H-R secondo classe spettrale e luminosità assoluta(Sole=1): la maggior parte si trova nella sequenza principale, anche il Sole, che da sinistra a destra verso il basso, cioè dalle giganti blu alle nane rosse: la loro luminosità può essere calcolata con L=m ;al di fuori stanno le nane bianche in basso a sinistra(molto calde) e le giganti e supergiganti rosse in alto a destra(luminose e fredde).
EVOLUZIONE DELLA STELLA: Le stelle si formano per condensazione di polveri e gas interstellari :la prima fase è caratterizzata dai gas che si condensano e la nube che collassa su di un nucleo, formando la cosiddetta protostella ,che si scalda lentamente e arrivata ad una temperatura superiore ai 10 milioni di °K si innescano le reazioni termonucleari diventando così una vera e propria stella; questa fase ha una durata che dipende dalla massa della stella. Le reazioni possono avvenire perché all’interno di una stella le particelle hanno una grande energia e perciò protoni e elettroni possono separarsi e 2 protoni hanno la forza necessaria per vincere la forza repulsiva tra loro e fondersi insieme. In questa fase l’energia prodotta dalle reazioni termonucleari contrasta il collasso della stella stessa, dovuto alla forza gravitazionale e perciò si dice che la stella è in equilibrio. La seconda fase è caratterizzata dalla rottura di questo equilibrio in quanto il combustibile nucleare si è esaurito e quindi si ha una fase di instabilità, dovuta al fatto che la forza gravitazionale non è più contrastata dall’energia delle reazioni. A questo punto la stella collassa molto rapidamente e il nucleo tende a essere sottoposto a T e P sempre maggiori: H dello strato attorno al nucleo brucia e gli strati esterni riscaldati si espandono, la stella ha perciò aumentato dimensione e si è trasformata in una gigante rossa che T superficiale molto più bassa e per questo è caratterizzata da una luce rossa. Il nucleo delle giganti rosse continua a contrarsi e scaldarsi così tanto che si possono innestare nuove reazioni nucleari che uniscono tre atomi di He per ottenere C ed energia. Terza fase caratterizzata dall’arresto delle reazioni nucleari e dalla conseguente morte della stella che dipende dalla sua massa. Le stelle con massa simile a quella del Sole attraversano una fase di instabilità in cui espellono gli strati più esterni lasciando visibile il nucleo che diventa una stella piccola ,molto densa e calda chiamata nana bianca; a questo punto la materia è in uno stato degenere e perciò non può più contrarsi e quindi si raffredderà finchè non diventerà un corpo denso e non visibile chiamato nana nera.Durante la formazione di una nana bianca si possono verificare vere e proprie esplosioni che provocano un aumento di luminosità della stella che verrà chiamata novae che solitamente si trovano nei sistemi multipli. Quando invece la stella è molto più grande del Sole la stella muore in modo molto spettacolare diventando una supernova la quale esplode molto violentemente aumentando la sua luminosità: l’esplosione è causata da un rapido collasso del nucleo che libera un enorme quantità di energiche scalda e dilata l’involucro esterno; al termine dell’esplosione al posto della stella resta il nucleo caldo e denso che a seconda della massa diventerà una nana bianca, una stella a neutroni o un buco nero. Le stelle a neutroni sono costituite da neutroni ,molto dense e con stato della materia degenere che impedisce alla stella un ulteriore contrazione ,sono ancora meno luminose delle nane bianche . Sono state scoperte con le pulsar ,oggetti celesti che emettono onde radio sotto forma di impulsi regolari: si ritiene che siano stelle a neutroni dotate di campo magnetico che girano vorticosamente su se stesse perdendo energia, raffreddandosi col tempo. Il buco nero si forma quando la massa stellare è grandissima e la forza gravitazionale non può essere fermata ed infatti sarebbe una stella con forza gravitazionale tanto grande da impedire l’uscita di qualunque particella, luce compresa.
GALASSIE: le stelle sono raggruppate in galassie e trattenute dalla forza di gravità ;in mezzo alle stelle vi sono gas e polveri cosmiche chiamati mezzo interstellare, possono essere divise in tre categorie: galassie ellittiche con forma sferica in cui le stelle sono distribuite in maniera regolare e sono presenti soprattutto stelle di vita avanzata con colore predominante rosso; galassie a spirale che presentano bracci a spirale con luminosità massima al centro e contengono grandi quantità di polveri interstellari e soprattutto stelle azzurre, in stato giovanile localizzate per lo più nei bracci, mentre le stelle vecchie sono disposte nella zona centrale. Sono di due tipi, S o spirale ordinaria, con i bracci che partono dal disco centrale, oppure SB o spirale sbarrata, in cui il corpo centrale è attraversato da una barra dalla quale partono i bracci a spirale; galassie irregolari non dotate di forma definita e sono poco frequenti, caratterizzate da stelle molto giovani e nubi di polvere e gas. Gli ammassi sono gruppi di galassie in cui queste si muovono e possono anche scontrarsi ; alcune galassie sono dette attive perchè emettono radiazione nel campo del visibile, dell’infrarosso e dell’UV causati probabilmente da esplosioni nella zona centrale; le galassie che emettono onde radio sono dette radiogalassie. I quasar invece sono quasi stellari, nuclei galattici da sembrare stelle ma non lo sono in quanto sono degli oggetti ai limiti dell’universo. La nostra galassia è la Via Lattea che è a forma di disco molto appiattito a spirale barrata ed è caratterizzata da emissioni nel campo dell’infrarosso e delle onde radio; il Sole si trova su uno dei bracci. Gli ammassi stellari sono gruppi di stelle all’interno della galassia e se sono presenti stelle in età avanzata nei quali scarseggiano elementi pesanti si chiamano ammassi globulari(stelle dette di popolazione 2 e nate durante le prime fasi di vita della galassia) altrimenti se di forma irregolare e stelle giovani sono detti ammassi aperti(con stelle dette di poplazione1 nate in fase successiva con presenza di metalli pesanti dovuti all’esplosione di stelle antiche).
ORIGINE DELL’UNIVERSO: sono state proposte tre teorie: la prima è quella del big bang , la seconda quella dell’universo stazionario uniforme nello spazio e nel tempo (già scartata); e dell’universo inflazionarlo nel quale in una piccolissima frazione di secondo l’universo avrebbe subito una crescita rapidissima . Un universo che si espande è chiamato chiuso perché ripercorrerebbe all’indietro le tappe che l’hanno formato; aperto invece se l’espansione durerà per sempre; infatti l’universo si espande seguendo la legge di Hubble V=H*d..
Scienze: luce, sistemi di riferimento, la stella 1/2

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