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Le onde gravitazionali

2 marzo 2016

L’onda gravitazionale è una deformazione della curvatura dello spaziotempo che si propaga con moto ondulatorio.

L’ esistenza delle onde gravitazionali fu prevista nel 1916 da Albert Einstein come conseguenza della sua teoria della relatività generale, ed è stata confermata sperimentalmente nel 2016.

Secondo questa teoria l’ universo sarebbe composto da una “trama” che forma lo spazio-tempo .

In presenza di un corpo, con una determinata massa, lo spazio-tempo viene deformato .

Se un secondo corpo si avvicina a questa distorsione, comincerà a “cadere” a spirale verso il centro di essa, diminuendo la propria orbita fino alla collisione con il primo corpo.

Ogni corpo che si muove genera delle increspature nello spazio-tempo che noi interpretiamo come onde gravitazionali.

Le onde gravitazionali possono essere quindi considerate a tutti gli effetti una forma di radiazione gravitazionale che si propaga alla velocità della luce.

Al passaggio di un’onda gravitazionale, le distanze fra punti nello spazio tridimensionale si contraggono ed espandono ritmicamente: effetto difficile da rilevare, perché anche gli strumenti di misura della distanza subiscono la medesima deformazione e perché la precisione degli strumenti odierni ci permette di rilevare solamente onde gravitazionali di elevatissima intensità, come quelle generate dalla fusione di due buchi neri.

Introduciamo le onde gravitazionali con un’ analogia con fenomeni ondosi:

  • Un onda in un fluido crea una vibrazione, per esempio, nell’aria, il suono si propaga creando delle oscillazioni delle particelle fino a che il nostro timpano percepisce le vibrazioni e le traduce nelle varie frequenze e ci dona “il suono”.
  • Analogamente possiamo spiegare il movimento delle onde gravitazionali con un fenomeno simile, quando un corpo cade in acqua, dal punto di contatto, tra il corpo e la superficie dell’acqua, si iniziano a creare delle onde concentriche che si propagano, allontanandosi dal loro punto di origine, le onde gravitazionali si comportano allo stesso modo, allungano e accorciano i corpi (inclusi quelli che noi usiamo per le misurazioni) rendendoci ancora più impercettibile il loro passaggio.

In base alla teoria della Relatività Generale di Einstein, che le aveva già ipotizzate cento anni fa, la loro velocità coincide con la velocità della luce.

Fin dagli anni cinquanta sono stati effettuati esperimenti per rilevare le onde gravitazionali, ma gli strumenti utilizzati non avevano mai permesso di rilevare il loro debole segnale.

Ad oggi si conoscono molte possibili sorgenti osservabili di questo tipo di radiazione: sistemi binari di stelle (soprattutto quelle a neutroni), pulsar, esplosioni di supernove, buchi neri e galassie in formazione.

Per confermare l’ esistenza delle onde gravitazionali, gli scienziati si sono avvalsi principalmente di due interferometri: LIGO, composto da due rilevatori situati alle estremità orientali e occidentali dell’ America, e VIRGO nel pisano italiano.

Questi strumenti sono costituiti da due bracci gemelli, l’ uno perpendicolare all’altro, dalla lunghezza di 3-4 km nei quali, a vuoto, passano due fasci laser originati da un unico fascio diviso con uno specchio. Tramite speciali specchi è possibile far viaggiare i laser avanti e indietro all’interno del tubo in modo da allungare il tragitto fino a 300 km. Quando i due fasci si riuniscono si produce una figura d’ interferenza: come conseguenza del passaggio di un onda, il laser e tutto lo spazio-tempo nella stessa direzione vengono modificati, al contrario, il laser (e relativo spazio) perpendicolare non subisce lo stesso allungamento, questa differenza viene percepita dagli interferometri che segnalano di aver trovato “qualcosa”. Questi segnali sono tuttavia sommersi di “rumori” dovuti a fenomeni casuali non desiderati, che possono essere scambiati a prima vista per qualcosa che non sono. Per evitare ciò sono stati piazzati più rilevatori in luoghi diversi della terra in modo tale da poter confermare la validità dei dati rilevati.

È stato proprio uno di questi strumenti , in particolare il LIGO , a captare le prime onde gravitazionali inviate dalla fusione di due buchi neri rispettivamente da 36 e 29 masse solari per un totale di 62 masse solari: la massa mancante , equivalente a 3 masse solari, è stata convertita in energia sotto forma di onde gravitazionali. Novecento scienziati insieme a squadre di fisici teorici hanno da subito iniziato a calcolare forma, intensità e frequenza delle onde. Dopo una lunga e intensa fuga di notizie , l’ 11 febbraio 2016 è stata confermata l’osservazione delle onde gravitazionali. Questa scoperta permetterà agli scienziati di studiare l’ universo da una nuova prospettiva. Si potranno, infatti, rilevare i motivi della rotazione delle stelle di neutroni, le pulsazioni delle pulsar e si potrà mappare la struttura interna di esse.

Abbiamo scoperto un nuovo modo di vedere il nostro universo e con esso, abbiamo la possibilità di compiere incredibili scoperte nel futuro prossimo. Il cielo non sarà più lo stesso. Immaginate di poter percepire il mondo che ci circonda con tatto, olfatto, gusto e vista e un giorno, tutto a un tratto di iniziare a sentire: sarebbe un giorno meraviglioso. Questo è esattamente ciò che è successo agli astronomi di tutto il mondo. Da oggi potranno “sentire” l’ universo, in modo da aggiungere nuovi tasselli di conoscenza di tutto ciò che fin’ora è rimasto invisibile.

Flavio Orlando e Daniel Esposto,

studenti dell’ Istituto Giulio Natta (Bergamo),

in alternanza scuola-lavoro presso  il Parco Astronomico “La Torre Del Sole “

Vi invitiamo ad approfondire il tema sul sito LeScienze.it

Altrimenti non perdetevi la conferenza sulle Onde Gravitazionali del 4 Maggio 2016 ore 21, tenuta dal Dr. Andrea Castelli (Ph.D. – Università di Bologna), presso il Parco Astronomico La Torre del Sole di Brembate di Sopra. Per maggiori dettagli consultate il sito http://www.latorredelsole.it

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LA MUSICA DELL’UNIVERSO

31 gennaio 2014

L’Universo da sempre è stato custode delle speranze e aspirazioni del genere umano il quale, attratto dal suo incommensurabile mistero, vi ha sempre associato un ideale di perfezione ed armonia comparabile unicamente a quello assegnato alla magica commistione di suoni nella creazione di ciò che noi comunemente definiamo musica.

Le evidenti somiglianze riscontrabili nei due ambiti vengono ad essere palesate dalla condivisione di un medesimo linguaggio esplicativo, rappresentato dalla matematica. Ma il nesso tra le armonie celesti e sonore si limita realmente a questo?

Furono per primi gli antichi, affidandosi prettamente ad una teoria filosofica piuttosto che scientifica, ad ipotizzare che il legame fra i due campi fosse ben più profondo di ciò che alla limitata mente umana era concesso comprendere.

Così Pitagora, nel VI secolo a.C., parlava di “musica delle sfere” andando ad istituire un’uguaglianza tra le lunghezze armoniche delle corde sonore e le distanze che intercorrevano tra le dieci sfere celesti ospitanti i pianeti di cui egli riteneva fosse composto il Cielo; secondo il suo pensiero dal movimento di rivoluzione e rotazione di ciascun astro si sarebbe infatti originato un  suono continuo, impercettibile a noi umani in quanto esseri imperfetti, ma che unito agli altri avrebbe generato un’armonia da cui la stessa vita terrestre sarebbe stata influenzata. Attenendosi a quella che era l’ideologia greca contemporanea, considerava quindi il cosmo come una grande scala musicale, in cui i suoni acuti erano prodotti da Saturno e dalle stelle fisse e in cui il Sole era necessario affinchè regnasse l’equilibrio, generando la nota di unificazione fra due tetracordi (intervalli di quarta giusta).armonia_delle_sfere

Ma i concetti pitagorici non furono abbandonati, bensì dopo i seguaci del filosofo dell'”Ipse dixit”, anche Platone all’interno de “La Repubblica” riconfermò la tesi dell’esistenza di una musica celeste attraverso il cosiddetto mito di Er.  In questo racconto egli palesa la propria idea di Universo: composto da otto cerchi rotanti su ciascuno dei quali sono posti un pianeta e una sirena (la quale emette un unico suono), il Cielo ospiterebbe, secondo lo studioso, un canto senza fine, espressione dell’armonia celeste a sua volta modello per la musica terrestre .

La dottrina antica venne poi ripresa e rielaborata dalla filosofia magico-ermetica del XVI secolo la quale, specialmente grazie all’apporto di Robert Fludd, diede vita all’idea di un Universo suddiviso nelle sfere dei pianeti, delle stelle e degli angeli a loro volta disposte verticalmente sul “monocordo accordato dalla mano divina”: in questo modo architettura e musica diventavano strumenti inscindibili del Creatore.

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Infine addirittura Keplero, forse perchè fortemente condizionato dal maestro ermetico Brahe, all’interno dell’opera  “Harmonices Mundi” del 1619, sottolineò lo stretto contatto tra astronomia e musica osservando come la velocità angolare massima e minima di un pianeta differiscano di una lunghezza che approssima una particolare proporzione armonica corrispondente al semitono.

Con il progredire degli anni, ovviamente, le numerose strumentazioni ci hanno concesso di comprendere quale sia la reale disposizione degli astri a noi più vicini ma soprattutto, e questo è ciò che ci interessa, ci hanno dimostrato come le onde acustiche, in realtà, non possano propagarsi nello Spazio essendo questo caratterizzato dal vuoto. Nonostante ciò, qualche ambizioso scienziato non si è arreso e, perseverando nella ricerca di qualche segnale interplanetario, ha dimostrato che in fondo Pitagora aveva ragione.

I pianeti, le stelle, i buchi neri infatti producono vibrazioni e deformazioni della trama spazio-temporale dovute al proprio movimento le quali riescono a propagarsi nell’Universo mediante le onde radio e le onde gravitazionali (la scoperta di queste ultime è da imputare ad Einstein). Arrivando sino a noi, le prime possono essere facilmente captate dai radiotelescopi e quindi convertite in suono (attraverso il medesimo meccanismo che permette il funzionamento delle nostre radio), le seconde invece, molto più sfuggenti, possono essere registrate mediante l’utilizzo di recenti tecnologie quali i rilevatori risonanti.planetalignment_white

I risultati sino ad ora ottenuti sottolineano la reale esistenza di una sovrapposizione di suoni celesti i quali tuttavia presentano una frequenza talmente bassa da non poter essere udita; per esempio il buco nero della galassia NGC 1275 produce un SI appartenente ad una tonalità 57 volte più bassa rispetto a quella del Do centrale e tutti i pianeti del Sistema Solare note 28 volte più gravi.

Ma la radioastronomia ha obiettivi che non si limitano a ciò: gli impulsi percepiti sono infatti fondamentali per lo studio delle pulsar, dei buchi neri e addirittura degli eventi universali più violenti, incluso il Big Bang, argomenti che con un semplice telescopio non si potrebbero mai approfondire, argomenti in cui il suono diventa sinonimo di possibilità di conoscenza.

Concludendo, si può dire che sì, Pitagora aveva ragione: l’Universo è una vera e propria orchestra, impegnata in un eterno concerto, di cui noi umani, a causa della nostra limitatezza, non avremo mai il biglietto ma di cui comunque faremo inconsciamente sempre parte, diretti da un Maestro misterioso.

Dalila Invernici

Studentessa della classe 4°N del Liceo Mascheroni in alternanza scuola-lavoro presso la Torre del Sole.

IL GIORNO DEL GIUDIZIO DELL’UNIVERSO

16 febbraio 2013

Tutto ha inizio. Tutto ha fine.

Nonostante l’essere umano si preoccupi principalmente della fine della sua vita, l’interesse per la fine di qualcosa che ha una durata incomprensibilmente maggiore ha da sempre vagato nell’ immaginario filosofico anche delle culture più antiche.

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Oggi la scienza ha dato una voce rigorosa a questa curiosità. Si è già dedotto dall’osservazione empirica che i corpi celesti, seppure sembrino così irraggiungibili e imperscrutabili, non sono destinati a durare in eterno. L’eternità così come il nulla e l’infinito, non esiste in natura.

Varie teorie formulate nel corso del secolo scorso ad opera di geniali intelletti, pur volendo proporre visioni quanto mai realistiche, si rivelano essere simili alle credenze mitologiche più diverse e contrastanti (che vedremo in seguito).

Come, e se possibile quando, finirà la realtà così come la vediamo?

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Modelli dell’universo: aperto, chiuso, piatto

Innanzi tutto bisogna prima fare una premessa parlando della “geometria dello spazio”: da ciò infatti dipende il destino dell’universo. La geometria dello spazio nasce dall’introduzione nella cosmologia dell’idea di curvatura dello spazio, dettata dalla relatività di Einstein. Gravità e tasso di espansione concorreranno a conferire allo spazio una curvatura che potrà essere “negativa”, “positiva” o “nulla”.

Seguendo queste tre curvature l’universo può assumere tre diverse forme, rispettivamente, aperto, chiuso e piatto. Il destino del cosmo è legato a ciò.

MORTE TERMICA: BIG FREEZE

Teorizzando un universo aperto si deve considerare una forza gravitazionale che non riesce a vincere sull’espansione stessa dello spazio-tempo: il cosmo quindi tenderà ad espandersi indefinitamente.

Analogamente, un universo piatto continuerebbe ad espandersi, ma sarebbe frenato dalla forza di gravità fino a farlo stabilizzare dopo un tempo infinito.

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In entrambi i casi varie ipotesi concordano per un destino comune. I pareri scientifici si volgono a favore della cosiddetta ”morte termica”: formulata per la prima volta da William Thomson (detto anche Lord Kelvin), essa propone, partendo dai principi primi della termo-dinamica, che in un sistema chiuso (in questo caso, l’universo) l’energia tende gradualmente a compensarsi finché viene raggiunto uno stato d’equilibrio termodinamico (entropia).

Quindi, consumatesi le fornaci stellari, l’energia residua, dovendosi spalmare su una fetta troppo estesa di universo,diventerà così rarefatta da potersi considerare irrilevante. L’universo sarà un luogo completamente freddo, e le temperature tenderanno ad avvicinarsi sempre più allo zero assoluto, sino ad un punto di stallo di ogni evento fisico, tra 10^100 anni. Periodo comunque estremamente lungo.

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Ciò è spaventosamente simile alle descrizioni del Ragnarok: la mitologia Nordica (ed in particolare quella vichinga) narra di come il cosmo sia destinato a diventare una landa desolata coperta da ghiacci iperborei, e come ogni cosa (Dèi compresi) sia destinata inesorabilmente a perire congelata.

LO STRAPPO UNIVERSALE: BIG RIP

Nel 1998 fu scoperto che l’universo, così come l’osserviamo attualmente, accelera costantemente la sua crescita: un universo aperto, ma il cui tasso di espansione aumenta vertiginosamente. Per questo modello il fisico Robert Caldwell, del Dartmouth College nel New Hampshire ipotizzò una fine divenuta famosa come “Big Rip” o grande strappo: la materia, in un universo in accelerazione, raggiungerebbe velocità spaventose sino a disintegrarsi in radiazioni e particelle subatomiche.

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Disgregazione dell’universo secondo il ”Big Rip”

Degno di nota è il fatto che la fine del mondo in questione si stima aver luogo circa 3,5 × 10^10 anni dopo il Big Bang, circa 21 miliardi dai giorni nostri. Nonostante sembri un tempo lungo, quasi incomprensibile, è comunque, rispetto ai calendari cosmologici su cui si strutturano le altre teorie cosmologiche, paurosamente breve.

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Nel ”Big Rip” echeggia in maniera impressionante la mitologia Hindu: in essa infatti si narra che materia ed energia scompariranno per mano del dio Shiva “il distruttore”, personificazione d’una fine catastrofica che stravolgerebbe le leggi stesse della natura.

PUNTO CRUCIALE: BIG CRUNCH

Ammettendo l’esistenza d’un universo chiuso, l’attrazione gravitazionale che la materia esercita riuscirà ad arrestare il tasso d’espansione, fino ad invertirne la tendenza. Così accadrà che tutta la materia del cosmo, collassando, si ricompatterà in un unico punto, detto “singolarità”: da questo scaturì il Big Bang che originò il nostro universo 13, 7 miliardi d’anni or sono.

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Schema ”Big Crunch”

Ciò è quanto prevede la teoria del Big Crunch. Alcuni fisici teorici nel 2008, quali Abhay Ashtekar, Alejandro Corichi e Parampreet Singh, arrivano a descrivere un universo che potrebbe continuare a rigenerarsi in un ciclo infinito di Big Bang e Big Crunch, dando vita così ad una sorta di “grande rimbalzo”, denominato Big Bounce.

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Schema ciclicità ”Big Bounce”

Non è però cosa nuova parlare di ciclicità dell’universo: questa idea era già presente in molti miti e molte leggende dell’antichità. Gli Aztechi, per esempio, nella grande cerimonia del Nuovo Fuoco che avrà luogo alla fine dei giorni evocano un universo ciclicamente distrutto e rigenerato.

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In Europa e in Asia, i miti si ricollegavano in una stessa rappresentazione dell’evento cosmologico: un animale che si morde la coda.In Cina veniva simbolicamente raffigurato un dragone avvolto su sé stesso, trasposto poi in un serpente nelle civiltà europee. In Egitto l’idea della distruzione e della rigenerazione era rappresentata da un bellissimo uccello, il quale alla sua morte veniva divorato dalle fiamme, rinascendo poi dalle sue stesse ceneri. La Fenice dei Greci.

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La Fenice, simbolo di rinascita in molte mitologie

PROBABILE POSSIBILITÁ?

Tutto quanto abbiamo scritto sopra, per quanto riporti teorie che vogliono spiegare in modo quantomai veritiero la Realtà che abitiamo, non è altro che formato da fantasticherie e mere ipotesi, per ora quasi del tutto prive di qualsiasi fondamento.

Non esiste una versione più accreditata di altre, poiché tali discussioni non possono far altro che vertere sull’immaginario di scienziati e filosofi, né la sperimentazione ha voce in capitolo, se non per ricordare timidamente di attenersi di più alla scienza che alla fantascienza.

Ma perché l’uomo si interessa di quello che accadrà probabilmente allorché la specie umana giacerà estinta sotto le maree del Tempo?

Perché quello che più affascina non è tanto la fine del cosmo, ma il destino della vita che esso contiene, sulla cui importanza il dibattito è sempre aperto e quantomai attuale.

Autori: Nicola Mazzoleni e Gabriele Galizzi 4C Liceo scientifico Turoldo (Zogno, BG)

Tutti a guardare le stelle d’estate al telescopio!

12 luglio 2012

Con l’arrivo dell’estate le stelle si fanno protagoniste!

Alla Torre del Sole di Brembate di Sopra è possibile, nelle sere di luglio, osservare il cielo con il telescopio rifrattore da 5 mt dell’osservatorio astronomico.

Le serate d’osservazione cominciano alle ore 21.30 e durano circa 2 ore e mezza.

C’è in genere una descrizione del cielo al Planetario e l’osservazione di alcuni oggetti celesti al telescopio.

E’ consigliata la prenotazione.

Ecco le date in cui è possibile frequentare l’osservatorio:

Venerdì 13 luglio: Il cielo d’estate (proiezione al planetario e osservazione al telescopio);

Sabato 14 luglio: Viaggio nell’Universo (proiezione commentata e osservazione al telescopio);

Giovedì 19 luglio: Le stelle dello Zodiaco (proiezione al planetario e osservazione al telescopio);

Venerdì 20 luglio: Bambini tra le stelle (serata dedicata ai più piccoli con consegna attestato di apprendista astronomo;

Sabato 21 luglio: L’altra metà del cielo, le stelle del cielo australe (proiezione al planetario e osservazione al telescopio);

Giovedì 26 luglio: Il cielo d’estate (proiezione al planetario e osservazione al telescopio);

Venerdì 27 luglio: Bambini tra le stelle (serata dedicata ai più piccoli con consegna attestato di apprendista astronomo;

Sabato 28 luglio: La Luna, emozioni dal silenzio (proiezione commentata e osservazione al telescopio).

Costo da 5 a 8 €

Info e prenotazioni: 035 621515info@latorredelsole.it

Ecco le mappe del cielo per famigliarizzare con il cielo di luglio:

 

 


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