domenica 19 marzo 2017

Scrutare il Cielo è "Guardare nel Passato" e "Viaggiare nel Tempo"































Ogni volta che guardiamo il cielo,
senza rendercene conto facciamo

Un Viaggio Nel Tempo

Un concetto fondamentale ma non immediato. 
E' una cosa su cui vale la pena di fermarsi un po' a ragionare.


Questo argomento l'ho spesso trattato, all'interno del blog, come "etichetta" a lato, ma mi rendo conto che questa riflessione è una delle basi di tutto il fascino dell'astronomia, e merita uno spazio tutto suo, a cui poi fare riferimento al bisogno.
Ovviamente per gli esperti sono cose ormai consolidate, ma preferisco rivolgermi qui più che altro a coloro che di astronomia si intendono ancora poco e a tutti gli studenti delle Scuole, sempre curiosi e desiderosi di apprendere come funziona l'Universo.


La luce degli oggetti che noi vediamo Adesso, è partita in realtà


Secondi,
Minuti,
Ore,
Giorni,
Settimane,
Mesi,
Anni,
Secoli,
Millenni,

Milioni e addirittura Miliardi di anni fa !!!


Riusciamo a vedere oggetti distanti oltre 13 miliardi di Anni Luce:
cosa vuol dire questo?

Significa che quella luce ha impiegato 13 miliardi di anni per giungere a noi (viaggiando però alla vertiginosa velocità di 300.000 km al Secondo), ed ora che la vediamo potrebbe essere successo di tutto, nel frattempo, al corpo che l'ha emessa, compreso il non esistere più da millenni.

Nell'immagine, un lontanissimo Quasar.

Per capire il confronto tra il Tempo Luce e il Tempo terrestre, vi aiuterà molto andare a vedere il post Tabelle.



E' un viaggio nello Spazio e nel Tempo: 
stiamo guardando l'Universo così come era in innumerevoli e diverse epoche cosmiche e geologiche lontanissime dal nostro tempo attuale







Nell'Universo queste 2 dimensioni, Spazio e Tempo
sono intimamente legate


















La stessa immagine, ma in inglese e in orizzontale.











Più l'oggetto che guardiamo si trova Lontano nello Spazio, più la luce che proviene da quell'oggetto ha impiegato "Tempo per raggiungerci", visto che la luce viaggia in modo costante nel vuoto cosmico (è la "c" nella famosa formula della relatività di Einstein E=mc2).






Oltre alla distanza-tempo, c'è il fattore Intensità o Energia prodotta
più l'oggetto è eccezionalmente potente in quanto ad energia emessa, 
più è capace di essere visibile ad enormi distanze da sé (vedi post WOW).


Questo cosa vuol dire?


Vuol dire che un oggetto che vediamo molto luminoso nel cielo profondo, pensiamo magari sia più vicino di altri meno luminosi, ma non è automatico che sia così:

quell'oggetto infatti può essere infinitamente più distante degli altri, ma avere un'energia talmente inimmaginabile che, pur lontanissimo, appare straordinariamente luminoso.









A volte invece è un tipo di effetto 
particolare chiamato “lente gravitazionale”, che fa vedere quell'oggetto, pur lontanissimo, diverse volte più brillante di quanto non sia, anche se distorto dall'effetto lente.
(per una spiegazione più approfondita della lente andate a vedere il post Dark Matter)







in questo momento Migliaia di stelle tutte insieme*



ma le luci che stiamo guardando 
sono partite tutte nello stesso momento?



NO, anzi, hanno delle storie molto diverse e variano da stelle molto vicine, pochi Anni Luce, fino a decine, centinaia, migliaia o addirittura milioni di anni luce 

(parlo di stelle ma ovviamente ci sono anche nebulose, galassie, quasar, buchi neri, supernovae, pulsar, lampi gamma, ammassi e superammassi di stelle o di galassie, vuoti, supervuoti o strutture giganti - da notare qui che l'aggettivo "gigante" è un eufemismo, poiché per noi è già gigante la distanza Terra-Sole o quella fino a Plutone, figuriamoci quando si parla di galassie, vuoti etc).



Così può accadere che la luce che stiamo guardando in questo momento appartenga ad una stella che oggi non esiste più, infatti era talmente lontana che la sua fine la vedremo solo tra migliaia e migliaia di anni, sempre che ci sia ancora la razza umana sulla Terra.




                                                                                 *Nella nostra galassia vi sono tra 200 e 400 miliardi di stelle.            Quando alziamo gli occhi al cielo, però, possiamo vederne fino ad un massimo di 2.500 !
                                                               
                                                                                                                                Qui sopra le percentuali dell'Universo.
                                                                                                                Per quanto riguarda la Via Lattea, tutta la “materia luminosa” – visibile a occhio nudo e con il telescopio – ne costituisce il 10%. Il restante 90% rientra nella cosiddetta “materia oscura”, cioè non direttamente osservabile, che forma un alone galattico sferoidale la cui massa è stimata tra i 600 e i 3.000 miliardi di masse solari.                                                                                                                                                  Gran parte della materia presente nella massa dell’Universo è quindi costituita da qualcosa che non possiamo ancora vedere e analizzare !                                                                                                                      




Riuscite a cogliere 
la meraviglia di questo concetto?



Quella che noi chiamiamo "luce" è in realtà una radiazione luminosa (vedi post Big Bang), e questa radiazione prodotta con potenze per noi inimmaginabili, viaggia nell'Universo.


Quindi se una stella muore, finisce anche la sua luce?


NON è che se la stella improvvisamente muore, sparisce anche la luce prodotta fino a quel momento: no, tutta la radiazione prodotta fino a quel momento è stata "sparata" nello spazio e continua la sua corsa per migliaia, milioni e miliardi di Anni Luce, sempre che non venga assorbita da una qualche forma di materia tipo le polveri, le nebulose, i buchi neri.


In sostanza questo è il motivo per cui guardare il cielo stellato è guardare direttamente nel passato, quello vicino e quello lontano, fino agli inizi dell'Universo che conosciamo.


Quindi, nel concreto, 
più ci spingiamo lontano a guardare, 
più possiamo andare indietro nel tempo e avvicinarci al Big Bang, cioè a come era l'Universo alla sua nascita.



Da qui l'importanza di strumenti come i sofisticati telescopi sia a terra sia in orbita (e tra questi pure quello offerto gentilmente dall'Universo stesso, la "lente gravitazionale"), che esplorano non solo nel visibile ma anche in altre frequenze d'onda come: 
i raggi x, l'ultravioletto, l'infrarosso, microonde, onde radio etc 

Ecco una serie di immagini (diverse un po' per tutti i gusti) che ci aiutano ad avere più chiari quali sono queste lunghezze d'onda e dove si piazzano nello spettro della banda elettromagnetica.


In modo schematico ma efficace, la "freccia" delle frequenze. Come vedrete anche ripetuto nelle prossime immagini, la ristretta fascia delle frequenze percepibili dall'occhio umano, quindi il visibile, si piazza tra l'infrarosso e l'ultravioletto.



Ecco gli esempi per i tipi di frequenze, compresa la gamma della luce visibile


ora gli schemi con tanto di esempi visuali, che aiutano a fissare meglio il concetto




















Si noti anche la lunghezza dell'onda che procedendo verso destra si fa sempre più corta aumentando di conseguenza la frequenza.


Qui sotto cominciamo con esempi visuali un po' più ricchi, per ogni tipo di categoria di frequenza. Come notate sono esemplificati alcuni utilizzi di ogni frequenza nella tecnologia umana. Io mi appassiono molto a studiare con calma questi interessanti schemi riassuntivi, un po' come il dizionario visuale della lingua italiana.



In questa immagine sono visibili chiaramente i rettangoli relativi alle rispettive frequenze e inoltre la differenziazione tra "ionizzante"
"non ionizzante", spiegato in dettaglio nel post 
l'atmosfera terrestre 3/4. 



L'importante è ricordare che "ionizzante" significa per noi "pericoloso per la salute".


Qui sotto ancora in dettaglio schematico i tipi di applicazione tecnologica delle radiazioni dello spettro elettromagnetico

















Infine sempre tramite esempi visuali, con estrema sintesi un riassunto














Ed ecco una serie di immagini accostate di una galassia simile alla nostra, resa in alcuni tipi di frequenza d'onda, per vedere come si differenzia l'immagine. 
FIR sta per Infrarosso lontano.





Dunque, avete presente quella foto dove si vedono tante piccole galassie sparse qua e là, la famosa 
Hubble Extreme Deep Field
che è poi la foto scelta come titolo del post?






























Allora, cosa sto guardando?

Vediamo di arrivarci gradualmente.


1) Noi non possiamo concepire quanto sia vasto 1 singolo Anno Luce.









2) Già ci è veramente impossibile immaginare il nostro Sistema Solare - circa 36 miliardi di km nella sua estensione globale fino alla Eliopausa: se volete avere una dimostrazione di quanto sia impresa per noi inimmaginabile, fatevi un giretto nel post l'Emozione del Viaggio nel Vuoto Cosmico, dove trovate, oltre ad un fantastico video, anche un file interattivo davvero eccezionale a questo riguardo -


3) Senza scomodare il Sistema Solare, addirittura ci è difficile immaginare la distanza astronomica di base, l'Unità Astronomica, quei 150 milioni di km che ci separano dal Sole (andate a fare un giretto anche sul post Unità Astronomica e vedrete).


4) A dirla tutta, anche i 384.000 km di distanza media della Luna, a dir la verità, ci sfuggono, infatti nella nostra mente la posizioneremmo molto più vicina...







...di quanto in realtà non sia.







Io continuo ad insistere sul fatto che tali distanze sono inconcepibili per le nostre piccole menti.

5) Se è difficile per noi immaginare, anche solo lontanamente, quanto sia vasto il nostro Sistema Solare, figuriamoci farlo con l'Anno Luce che di Sistemi Solari in fila uno dietro l'altro ne sommerebbe ben 262!!




6) Quindi, tornando alla eccezionale foto, seguitemi:
una galassia come la Via Lattea si estende per 100.000 AL.
Avete capito bene?




Per noi NON è umanamente possibile immaginare quanto sia vasto questo spazio. 






infatti quando vediamo foto di una galassia intera, come Andromeda qui sopra, 
cadiamo nel tranello che ci inganna, facendoci credere di poterla veramente vedere per tutto il suo diametro





come se fosse veramente per noi possibile, come se sforzandoci di guardare con più attenzione, potessimo scorgere all'interno qualche stella o nebulosa distinta, oppure riconoscere una Supergigante... ma non è così !





7) La distanza in realtà è talmente immensa che, facendo un paragone per noi comprensibile anche se non ancora sufficiente, sarebbe un po' come pensare di poter riconoscere una persona guardando la Terra dalla Luna.
















Il migliore esempio che mi viene in mente per capire quanto la profondità spinta all'ennesima potenza possa ingannare i nostri limitati sensi, sono i frattali, dove tu puoi continuare a penetrare un disegno all'infinito e scoprire sempre nuove possibilità senza mai fermarti.






8) Torniamo alla foto eccezionale, l'XDF


quello che vediamo, risulta essere non solo 1 galassia lontana, cosa già di per sé sconvolgente considerando la vastità di una sola galassia, ma addirittura decine se non centinaia di galassie, e posso riconoscerne benissimo le forme, ad esempio le spirali.

Addirittura sembrano anche vicine tra loro alcune galassie, sembra quasi si tocchino.



Va da sé che stiamo parlando di distanze cosmiche per riuscire a vedere tutto questo.
Neanche con i nostri sforzi più grandiosi di immaginazione, moltiplicati all'ennesima potenza, potremmo mai in 1.000 anni riuscire ad immaginare tali distanze.



Allora
visto che, presa singolarmente, una singola galassia ha una vastità che per noi è inconcepibile, inimmaginabile, e una sua foto ci da l'illusione di poter in qualche modo apprezzarne la grandezza ma non è così, 
allora come è possibile
come si può vedere in uno stesso quadrato di foto non una sola, 
ma addirittura così tante galassie?



Quindi, se la foto è reale, e lo è, quanto dobbiamo essere lontani per riuscire a racchiudere tutto questo spazio inimmaginabile in questo piccolo quadrato?!!!





9) Alla fine di questo ragionamento, ciliegina sulla torta, riflettete sul fatto che quella famosa foto riprende solo un quadratino minuscolo del Cielo che noi guardiamo...











... e ditemi se non avete già le vertigini e un senso di stupore non vi fa restare a bocca aperta...






Ogni volta che noi guardiamo la nostra stella, 
stiamo in realtà guardando la luce che è stata emessa 8 minuti fa:


 quindi

la Grande Illusione

è di stare guardando il Sole in tempo reale.


Lo guardiamo, 
sembra lì, vivo, che sta bruciando proprio in questo momento 
(tra l'altro così intensamente che non possiamo neanche guardarlo direttamente), 
noi crediamo sia così ma in realtà non è così, 
stiamo guardando in tempo reale 
direttamente il passato che non esiste più.


Come dire con linguaggio televisivo, 
una “partita in differita” oppure una puntata registrata.


Allargando questa prospettiva si può tranquillamente dire che intorno a noi tutto ciò che percepiamo è una infinita vetrina di eventi passati (la luce o radiazione elettromagnetica emessa da questi oggetti ha infatti viaggiato per decine, centinaia, migliaia, milioni o miliardi di Anni Luce prima di colpire i nostri occhi, quindi quello che vediamo, a causa delle cosmiche distanze, è "successo" tanto tanto tempo fa ma noi lo possiamo vedere solo ora).

Tuttavia

gli oggetti che hanno prodotto quelle percezioni, per quanto ci riguarda è come se idealmente fossero proiettati nel futuro
con gli strumenti di tecnologia moderna possiamo sapere relativamente in anticipo ciò che accadrà (in realtà "è accaduto") in cielo nel nostro futuro.

Per ipotesi il Sole potrebbe essere già morto in questo esatto istante e noi tramite satelliti lo veniamo a sapere quasi subito, ma l'effettivo spegnimento della luce avverrà solo tra 8 minuti circa, quindi per noi nel futuro; altri eventi tipo una Supernova, cioé una stella che esplode in questo momento ma distante, solo per ipotesi, 10 AL, sicuramente i satelliti vedranno l'avvenimento con un po' di anticipo rispetto a noi sulla Terra.



Quindi, riepilogando ed avviandoci verso la conclusione di questo post, se il Sole improvvisamente viene a mancare ora o se la supernova esplosa la vediamo ora, sappiamo che gli eventi sono accaduti in realtà 8 minuti luce fa e 10 anni luce fa.

E' infatti grazie a questa enorme inconcepibile distanza che il Sole, così enorme per noi come dimensioni, non ci brucia all'istante.

La distanza compensa le gigantesche dimensioni dell'astro (tanto per dare 2 cifre, la Terra ha un diametro di circa 12.700 km mentre il diametro del Sole è 109 volte maggiore, cioè circa 1.390.000 km, come potete verificare anche visivamente nel post 2015: l'anno del contatto con Plutone).

Secondo lo stesso ragionamento succede che stelle Giganti centinaia di volte più grandi del Sole non hanno effetto sul nostro Sistema Solare poiché la loro distanza in decine o centinaia, migliaia di AL annulla i devastanti effetti che avrebbero su di noi: altrettanto vale a dire per stelle di neutroni, buchi neri con masse anche centinaia di milioni di volte quella solare, quasar e lampi gamma (vedi post WOW)

Bene, ci tenevo ad affrontare questo importante concetto con un post apposito, sapendo anche che questo tipo di ragionamenti è molto importante cercare di presentarli nel modo adeguato agli studenti delle scuole, per rinvigorire e stimolare la curiosità dei nostri ragazzi.

Grazie per avermi seguito fino a qui, e arrivederci al prossimo post.


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