La nascita dell'Universo

L'Universo sarebbe nato in uno stato molto denso e caldo, in una specie di "esplosione" che prende il nome di "Big Bang". Il termine è un po' fuorviante, in quanto farebbe pensare a qualcosa che esplode, mentre prima dell'esplosione non c'era niente, né spazio, né tempo, né materia.

Tutto, quindi, avrebbe avuto inizio in quel momento, e da allora l'Universo ha continuato ad espandersi continuamente. L'idea che l'Universo abbia avuto un inizio, che sia in evoluzione e che possa dunque avere una fine, è relativamente recente.

Infatti, emerse solo negli anni '20, grazie a Friedmann ed al suo modello dell'Universo inflazionario. Da che cosa abbia avuto origine il "Big Bang", non è stato ancora chiarito con certezza, infatti sono state avanzate molte ipotesi di cui la più valida è quella di Friedmann, che considera l'Universo, all'inizio del suo tempo, cioè nell'istante zero, concentrato in un volume più piccolo di un atomo, con una densità pressoché infinita e ad una temperatura di miliardi e miliardi di gradi.

Non sappiamo come fosse fatto questo nucleo primordiale di energia, né perché si sia formato, ma istantaneamente questo "uovo cosmico" si è squarciato con una esplosione immane, durante la quale le forze fondamentali si sarebbero comportate in modo completamente diverso rispetto ad oggi.

Si sarebbe verificata una violentissima espansione che, nel giro di circa un miliardesimo di secondo, avrebbe fatto aumentare il volume dell'Universo di miliardi e miliardi di volte.

Dopo questa fase, la "sfera di fuoco" si sarebbe continuata a raffreddare, rallentando la sua espansione.

Nei primissimi istanti, l'energia avrebbe cominciato a condensarsi prima in particelle elementari (quark ed elettroni), poi in particelle maggiori (protoni e neutroni), fino a che i primi tre minuti, cioè quando la temperatura sarebbe scesa a circa 10 alla nona K, si sarebbero formati i primi nuclei atomici di idrogeno, litio ed elio.

Solo quando, dopo 300.000 anni, la temperatura scese a circa 3000 K (zero gradi Kelvin sono pari a -273,15 gradi Celsius), gli elettroni furono catturati dai nuclei e si formò un gas neutro, formato da idrogeno ed in piccola parte da elio, che poi avrebbe dato vita alle nebulose, alle galassie, alle stelle ecc..

L'effettiva scoperta di questa esplosione avvenne nel 1964, da parte di due ingegneri americani che, per caso, osservarono l'esistenza di una radiazione di fondo nell'Universo, rilevabile con i radiotelescopi in ogni direzione dello spazio. Tale radiazione residua è come l'eco del "Big Bang".

La teoria del "Big Bang" va di pari passo con quella dell'americano Edwin Hubble, il quale constatò che la luce che giunge dalle galassie lontane si sposta verso la parte rossa dello spettro, cioè verso le basse frequenze.

L'effetto è tanto più marcato quanto è maggiore la distanza degli oggetti in questione.

Questo fenomeno è già conosciuto per il suono. Si tratta dell'effetto Doppler.

Infatti, quando un oggetto sonoro si allontana, noi percepiamo una variazione di tonalità del suono emesso, dato che la frequenza dell'onda sonora diminuisce. Anche la luce è un'onda, e quindi si comporterà allo stesso modo.

Per Hubble, si trattò di una teoria inconfutabile, poiché la luce delle galassie scala verso le basse frequenze, perché le galassie fuggono da noi, e questo accade quanto più esse sono distanti. Dunque, l'Universo è in espansione.

Questa espansione dell'Universo altro non è che un effetto del "Big Bang", un residuo di quella immensa esplosione.

A questo punto, è normale chiedersi quale sarà il futuro dell'Universo, ovvero se continuerà ad espandersi o meno. Per dare una risposta a tutto ciò, bisogna rifarsi alla teoria della Relatività Generale di Einstein, la quale afferma che i corpi di grandissima massa curvano lo spazio intorno a sé.

Come delle sfere, più o meno pesanti, deformerebbero un tessuto elastico, così se nell'Universo esistesse massa a sufficienza, prima o poi l'espansione verrebbe rallentata, fino a fermarsi, e così avrebbe inizio il fenomeno opposto, che porterebbe tutto il cosmo ad un collasso incontrollato che si concluderebbe con quello che è stato definito il "Big Crush", ossia un'implosione opposta al "Big Bang".

Se invece nell'Universo non ci fosse sufficiente massa per arrestare la sua espansione, esso potrebbe espandersi per sempre, fino a che le galassie, ormai spente, si ridurrebbero a isole sperdute in un oceano di spazio senza confini.

Le Stelle

Le stelle sono gigantesche sfere di gas, che traggono la loro energia dalla fusione nucleare al loro interno, che trasforma l'idrogeno in elio. Le stelle passano il 90% della loro vita bruciando combustibile. Possiamo trovare stelle di tre tipi, ossia Rosse, Gialle e Bianche.

Esse si distinguono per la loro composizione di massa e temperatura. Infatti, le rosse hanno una vita più lunga, in quanto hanno temperature e massa relativamente basse e quindi bruciano più lentamente l'idrogeno. Le gialle sono stelle come il nostro sole, che contengono, in tracce, tutti gli elementi della tavola periodica, ed hanno massa e vita media. Le bianche, od azzurre, sono le stelle aventi grande massa, sono le più calde e consumano il loro idrogeno più rapidamente. In ogni istante, il loro equilibrio dipende dalla competizione di due forze, ovvero la gravità, che tende a farle collassare su se stesse, e la forza della pressione del gas, che al contrario tende a dilatarle.

Le stelle meno massive sono le più antiche, dovrebbero avere la stessa età della nostra galassia. Una stella di massa media come il sole, vive una decina di miliardi di anni. Quando ha esaurito il suo idrogeno, il nucleo si contrae, mentre l'involucro si dilata, quindi la stella diventa una gigante rossa. Dieci mila anni più tardi, l'elio fonde a sua volta in carbonio ed ossigeno, scossa da soprassalti sempre più violenti la stella finirà per soffiare il proprio involucro in una bolla, una nebulosa che rappresenta il punto d'inizio o la fine della stella.

Per originarsi, una stella deve ricevere obbligatoriamente una spinta dallo scoppio di una supernova. Al centro rimarrà una stella moribonda molto piccola e densa, una nana bianca.

Però, non tutte le stelle subiscono lo stesso processo di "invecchiamento", poiché le stelle grandi vivono soltanto alcuni milioni di anni, ed è possibile infatti che da giganti rosse, attraverso una esplosione, esse si trasformino in una supernova che ne segnano la morte.

Il loro nucleo si collassa in un astro molto denso, detto stella di neutroni. Un cucchiaino da caffè di tale materia pesa vari milioni di tonnellate. Una stella di neutroni ruota molto velocemente su se stessa, ed emette un fascio di onde radio come un faro che irradia il cosmo. Per questo, gli astronomi le chiamano pulsar.

Sistema solare

Il nostro sistema solare è nato 4 miliardi e mezzo di anni fa da una vasta nube di gas e polveri in rotazione su se stessa, ovvero la nebulosa primordiale. Sotto l'effetto di una perturbazione, forse l'esplosione di una super nova vicina, questa nube è collassata sotto il proprio peso, la sua rotazione ha subito quindi un'accelerazione, e la nube si è appiattita sotto l'azione della forza centrifuga. Grani di polveri e gas hanno così formato un disco spesso. Nel cuore di questo disco, la pressione e la temperatura sono stati tali da favorire l'accensione della nostra stella, il Sole. Tutto intorno si organizzava la materia. Sotto l'effetto della gravità, le polveri si agglomerarono formando dei "planetoidi" di alcune centinaia di metri. A loro volta, questi si aggregarono tra di loro e, nel giro di un centinaio di milioni di anni, si formarono i pianeti così come li conosciamo oggi, ma anche una grande quantità di detriti che circolava a grande velocità nello spazio interplanetario. Per un miliardo di anni, tali detriti bombardarono i pianeti, prima di formare la cintura di asteroidi che oggi si trova tra Marte e Giove.

Fascia degli asteroidi

La fascia principale degli asteroidi è la regione del sistema solare situata grossomodo tra le orbite di Marte e Giove. È occupata da numerosi corpi di forma irregolare chiamati asteroidi o pianeti minori. Circa metà della massa della fascia è contenuta nei quattro asteroidi più grandi, Cerere, Vesta, Pallade e Igea. Questi hanno diametri medi di oltre 400 km, mentre Cerere, l'unico pianeta nano della fascia, di circa 950 km. I restanti corpi hanno dimensioni più ridotte, fino a quelle di un granello di polvere. Il materiale asteroidale è distribuito in modo estremamente diradato. Numerosi veicoli spaziali senza equipaggio l'hanno attraversato senza incidenti. Tuttavia, tra gli asteroidi più grandi possono verificarsi collisioni che possono formare una famiglia di asteroidi i cui membri hanno caratteristiche orbitali e composizioni simili. Un tempo si riteneva che fossero le collisioni tra gli asteroidi a produrre quella polvere fine che contribuisce maggiormente a formare la luce zodiacale. Nesvorny e Jenniskens (2010 Astrophysical Journal), però, hanno attribuito l'85 per cento della polvere della luce zodiacale a frammentazioni di comete della famiglia di Giove, piuttosto che a collisioni tra asteroidi. I singoli asteroidi della fascia sono classificati in base al loro spettro.  La maggior parte rientra in tre gruppi fondamentali: a base di carbonio (tipo C), a base di silicati (tipo S), a base di metalli (tipo M).

FASCIA DI KUIPER

La grande facilità con cui gli asteroidi possono essere individuati attualmente, ha permesso di scoprire alcune centinaia di oggetti di dimensioni asteroidali con orbita esterna a Nettuno. Siamo in presenza dei primi rappresentanti di una fascia esterna al sistema planetario, ipotizzata molto tempo fa da Kuiper per spiegare l’origine delle comete a corto periodo, da cui prende il nome.

La Cintura di Kuiper è una regione a forma di disco situata oltre l'orbita di Nettuno, all'incirca fra 30 e 100 UA dal Sole (UA = Unità Astronomica, pari a 149.597.870,700 Km.), la quale contiene molti corpi ghiacciati, ed è considerata la fonte delle comete a breve periodo. La differenza fra queste comete e quelle provenienti dalla nube di Oort, sta nell’inclinazione delle orbite, la nube di Oort è sferica e quindi le comete arrivano con un’inclinazione qualsiasi, mentre la fascia di Kuiper è schiacciata e quindi le orbite hanno inclinazioni molto basse.

Talvolta l'orbita di un oggetto della Cintura di Kuiper viene perturbata dalle interazioni dei pianeti giganti in modo tale che va ad attraversare l'orbita di Nettuno. È quindi molto probabile che esso abbia un incontro ravvicinato con Nettuno, cosa che lo può mandare fuori dal sistema solare, oppure verso il sistema solare interno.

La fascia di Kuiper è dovuta ai residui della formazione del Sistema Planetario, in regioni dove i grandi spazi a disposizione e i lunghi periodi di percorrenza delle orbite, non hanno permesso la formazione di corpi di maggiori dimensioni.

I corpi che la costituiscono sembrano essere corpi ghiacciati, come Plutone e Tritone anche se più piccoli, e molti percorrono orbite in risonanza 3:2 con Nettuno. Le osservazioni hanno dimostrato che presentano un colore insolitamente rosso.

NUBE DI OORT

La nube di Oort è un'ipotetica nube sferica di comete posta tra 20.000 e 100.000 UA (UA = Unità Astronomica, pari a 149.597.870,700 Km.), o 0,3 e 1,5 anni luce dal Sole, cioè circa 2400 volte la distanza tra il Sole e Plutone.

Questa nube non è mai stata osservata perché troppo lontana e buia perfino per i telescopi odierni, ma si ritiene che sia il luogo da cui provengono le comete di lungo periodo, come la Hale-Bopp e la Hyakutake, recentemente avvistate, che attraversano la parte interna del sistema solare. Nel 1932 Ernst Opik, un astronomo proveniente dall'Estonia, fece l'ipotesi che le comete avessero origine da una nube situata nel bordo esterno del sistema Solare.

Nel 1950, l'idea fu ripresa dall'astronomo olandese Jan Oort per spiegare un'apparente contraddizione. Le comete vengono periodicamente distrutte, dopo numerosi passaggi nel sistema solare interno, perciò se le comete si fossero originate all'inizio del sistema solare, oggi sarebbero tutte distrutte. Il fatto che le vediamo ancora implica che abbiano un'origine diversa. Secondo la teoria, la nube di Oort contiene milioni di nuclei di comete, che sono stabili perché la radiazione solare è troppo debole per avere un effetto a quelle distanze. La nube fornisce una provvista continua di nuove comete, che rimpiazzano quelle distrutte. La teoria sembra confermata dalle osservazioni successive, che ci mostrano come le comete provengano da ogni direzione, con simmetria sferica.

Una controversa teoria prevede che a perturbare lo stato delle comete nella nube di Oort sia un'ipotetica stella compagna del Sole chiamata Nemesis.

La nube di Oort è un residuo della nebulosa originale da cui si formarono il Sole e i pianeti, cinque miliardi di anni fa, ed è debolmente legata al sistema solare. Si pensa che anche le altre stelle abbiano una nube di Oort, e che i bordi esterni delle nubi di due stelle vicine possano a volte sovrapporsi, causando un'occasionale intrusione cometaria.