Astronomia

L'astronomia (dal greco astron (ἄστρον) che significa "stella" e nomos (nόμος) che significa "legge") è lo studio scientifico dei corpi celesti come le stelle, i pianeti, le comete e le galassie.

Gli oggetti studiati comprendono stelle, galassie, pianeti, lune, asteroidi, comete e nebulose. Vengono studiati anche i fenomeni al di fuori dell'atmosfera terrestre. Tra questi vi sono le esplosioni di supernove, i raggi gamma e la radiazione cosmica di fondo a microonde. L'astronomia riguarda lo sviluppo, la fisica, la chimica, la meteorologia e il movimento dei corpi celesti, così come la struttura e lo sviluppo dell'Universo.

L'astronomia è una delle scienze più antiche. Gli antichi usavano le posizioni delle stelle per navigare e per trovare quando era il momento migliore per piantare le colture. L'astronomia è molto simile all'astrofisica. Una materia correlata, la cosmologia, si occupa di studiare l'Universo nel suo insieme, e il modo in cui l'universo è cambiato nel tempo. L'astronomia non è la stessa dell'astrologia, la convinzione che il moto delle stelle e dei pianeti possa influenzare la vita umana.

Dal XX secolo ci sono stati due tipi principali di astronomia, l'astronomia osservazionale e l'astronomia teorica. L'astronomia osservazionale utilizza telescopi e macchine fotografiche per osservare o guardare le stelle, le galassie e altri oggetti astronomici. L'astronomia teorica utilizza la matematica e i modelli al computer per spiegare le osservazioni e prevedere cosa potrebbe accadere. Lavorando insieme, le teorie prevedono ciò che dovrebbe accadere e le osservazioni mostrano se le previsioni funzionano. Il lavoro principale dell'astronomia è quello di spiegare le caratteristiche sconcertanti dell'universo. Per migliaia di anni la questione più importante è stata quella dei moti dei pianeti; ora vengono studiati molti altri argomenti.

Nebula NGC 6302. Il colore rosso è causato dall'azoto ionizzato.
Nebula NGC 6302. Il colore rosso è causato dall'azoto ionizzato.

Storia dell'astronomia

Antico

I primi astronomi usavano solo gli occhi per guardare le stelle. Per motivi religiosi hanno realizzato mappe delle costellazioni e delle stelle e calendari per calcolare il periodo dell'anno. Le prime civiltà come i Maya e gli antichi Egizi costruirono semplici osservatori e disegnarono mappe delle posizioni delle stelle. Cominciarono anche a pensare al posto della Terra nell'universo. Per molto tempo la gente ha pensato che la Terra fosse il centro dell'universo e che i pianeti, le stelle e il sole le girassero intorno. Questo è noto come geocentrismo.

Gli antichi greci cercavano di spiegare i moti del sole e delle stelle effettuando delle misurazioni. Un matematico di nome Eratostene fu il primo a misurare le dimensioni della Terra e a dimostrare che la Terra è una sfera. Una teoria di un altro matematico di nome Aristarco era che il sole è al centro e la Terra si muove intorno ad esso. Questo è conosciuto come eliocentrismo. Solo poche persone pensavano che fosse giusto. Il resto continuava a credere nel modello geocentrico. La maggior parte dei nomi delle costellazioni e delle stelle provengono dai greci di quel tempo.

Gli astronomi arabi hanno fatto molti progressi durante il Medioevo, tra cui mappe stellari migliorate e modi per stimare le dimensioni della Terra. Hanno anche imparato dagli antichi traducendo libri greci in arabo.

Dal Rinascimento all'era moderna

Durante il Rinascimento un sacerdote di nome Nicolaus Copernicus pensava, guardando come si muovevano i pianeti, che la Terra non fosse il centro di tutto. Sulla base dei lavori precedenti, egli disse che la Terra era un pianeta e che tutti i pianeti si muovevano intorno al sole. Questo ha riportato la vecchia idea dell'eliocentrismo. Un fisico di nome Galileo Galilei costruì i suoi telescopi e li utilizzò per osservare più da vicino le stelle e i pianeti per la prima volta. Era d'accordo con Copernico. La Chiesa cattolica decise che Galileo si sbagliava. Dovette passare il resto della sua vita agli arresti domiciliari. Le idee eliocentriche furono presto migliorate da Johannes Keplero e Isaac Newton che inventarono la teoria della gravità.

Dopo Galileo, la gente ha costruito telescopi migliori e li ha usati per vedere oggetti più lontani come i pianeti Urano e Nettuno. Videro anche come le stelle erano simili al nostro Sole, ma in una gamma di colori e dimensioni. Videro anche migliaia di altri oggetti lontani come le galassie e le nebulose.

L'era moderna

Il XX secolo dopo il 1920 ha visto importanti cambiamenti nell'astronomia.

All'inizio degli anni Venti si cominciò ad accettare che la galassia in cui viviamo, la Via Lattea, non è l'unica galassia. L'esistenza di altre galassie è stata risolta da Edwin Hubble, che ha identificato la nebulosa di Andromeda come una galassia diversa. Fu anche Hubble a dimostrare che l'universo si stava espandendo. C'erano molte altre galassie a grande distanza e si stanno allontanando, allontanandosi dalla nostra galassia. Questo è stato del tutto inaspettato.

Nel 1931, Karl Jansky scoprì l'emissione radio dall'esterno della Terra nel tentativo di isolare una fonte di rumore nelle comunicazioni radio, segnando la nascita della radioastronomia e i primi tentativi di utilizzare un'altra parte dello spettro elettromagnetico per osservare il cielo. Quelle parti dello spettro elettromagnetico che l'atmosfera non bloccava sono state ora aperte all'astronomia, permettendo di fare altre scoperte.

L'apertura di questa nuova finestra sull'Universo ha visto la scoperta di cose del tutto nuove, per esempio le pulsar, che inviavano regolarmente impulsi di onde radio nello spazio. Si pensava che le onde fossero di origine aliena perché gli impulsi erano così regolari da implicare una sorgente artificiale.

Il periodo dopo la seconda guerra mondiale ha visto più osservatori dove vengono costruiti e gestiti telescopi grandi e precisi in siti di buona osservazione, normalmente da parte dei governi. Per esempio, Bernard Lovell iniziò la radioastronomia a Jodrell Bank utilizzando gli avanzi di apparecchiature radar militari. Nel 1957, il sito aveva il più grande radiotelescopio orientabile del mondo. Allo stesso modo, alla fine degli anni '60 è iniziata la costruzione di osservatori dedicati a Mauna Kea, alle Hawaii, un buon sito per telescopi visibili e a infrarossi grazie all'alta quota e al cielo limpido.

La successiva grande rivoluzione dell'astronomia fu grazie alla nascita della missilistica. Questo permise di posizionare i telescopi nello spazio sui satelliti.

I telescopi spaziali hanno dato accesso, per la prima volta nella storia, all'intero spettro elettromagnetico, compresi i raggi che erano stati bloccati dall'atmosfera. I raggi X, i raggi gamma, la luce ultravioletta e parti dello spettro infrarosso sono stati tutti aperti all'astronomia con il lancio dei telescopi per l'osservazione. Come per altre parti dello spettro, furono fatte nuove scoperte.

A partire dagli anni '70 i satelliti sono stati lanciati per essere sostituiti con satelliti più precisi e migliori, causando la mappatura del cielo in quasi tutte le parti dello spettro elettromagnetico.

Disegni della Luna di Galileo. I suoi disegni erano più dettagliati di chiunque altro prima di lui perché usava un telescopio per guardare la Luna.
Disegni della Luna di Galileo. I suoi disegni erano più dettagliati di chiunque altro prima di lui perché usava un telescopio per guardare la Luna.

Scoperte

Le scoperte si dividono in due tipi: corpi e fenomeni. I corpi sono cose dell'Universo, sia che si tratti di un pianeta come la nostra Terra o di una galassia come la Via Lattea. I fenomeni sono eventi e avvenimenti nell'Universo.

Corpi

Per comodità, questa sezione è stata divisa per dove si possono trovare questi corpi astronomici: quelli che si trovano intorno alle stelle sono corpi solari, quelli all'interno delle galassie sono corpi galattici e tutto il resto più grande è costituito da corpi cosmici.

Solare

Galattico

Oggetti Diffusi:

  • Nebulose
  • Cluster

Stelle compatte:

Cosmico

Fenomeni

Gli eventi di scoppio sono quelli in cui c'è un cambiamento improvviso nei cieli che scompare rapidamente. Questi sono chiamati scoppi perché normalmente sono associati a grandi esplosioni che producono una "esplosione" di energia. Essi includono:

Gli eventi periodici sono quelli che si verificano regolarmente in modo ripetitivo. Il nome periodico deriva dal periodo, che è il tempo necessario ad un'onda per completare un ciclo. I fenomeni periodici includono:

I fenomeni di rumore tendono a riferirsi a cose accadute molto tempo fa. Il segnale di questi eventi rimbalza in tutto l'Universo fino a quando non sembra provenire da ogni dove e varia poco di intensità. In questo modo, assomiglia al "rumore", il segnale di fondo che pervade ogni strumento usato per l'astronomia. L'esempio più comune di rumore è quello statico visto sui televisori analogici. L'esempio astronomico principale è: Radiazione cosmica di fondo.

Metodi

Strumenti

  • I telescopi sono il principale strumento di osservazione. Prendono tutta la luce in una grande area e la mettono in una piccola area. Questo è come rendere gli occhi molto grandi e potenti. Gli astronomi usano i telescopi per guardare cose che sono lontane e fioche. I telescopi fanno sembrare gli oggetti più grandi, più vicini, più luminosi.
  • Gli spettrometri studiano le diverse lunghezze d'onda della luce. Questo mostra di cosa è fatto qualcosa.
  • Molti telescopi si trovano nei satelliti. Sono osservatori spaziali. L'atmosfera terrestre blocca alcune parti dello spettro elettromagnetico, ma speciali telescopi sopra l'atmosfera possono rilevare quella radiazione.
  • La radioastronomia utilizza i radiotelescopi. La sintesi dell'apertura combina telescopi più piccoli per creare una serie di fasi, che funziona come un telescopio grande quanto la distanza tra i telescopi più piccoli.

Tecniche

Ci sono modi in cui gli astronomi possono ottenere immagini migliori del cielo. La luce proveniente da una fonte lontana raggiunge un sensore e viene misurata, normalmente da un occhio umano o da una macchina fotografica. Per le sorgenti molto fioche, potrebbero non esserci abbastanza particelle di luce provenienti dalla sorgente per poter essere viste. Una tecnica che gli astronomi hanno a disposizione per renderla visibile è l'integrazione (che è come le esposizioni più lunghe in fotografia).

Integrazione

Le sorgenti astronomiche non si muovono molto: solo la rotazione e il movimento della Terra le fa muovere attraverso il cielo. Quando le particelle di luce raggiungono la macchina fotografica nel tempo, colpiscono lo stesso punto rendendola più luminosa e più visibile dello sfondo, fino a quando non si riesce a vederla.

I telescopi nella maggior parte degli osservatori (e gli strumenti satellitari) possono normalmente seguire una sorgente mentre si muove attraverso il cielo, facendo apparire la stella immobile al telescopio e consentendo esposizioni più lunghe. Inoltre, le immagini possono essere scattate in diverse notti, quindi le esposizioni si estendono per ore, giorni o addirittura mesi. Nell'era digitale, le immagini digitalizzate del cielo possono essere sommate al computer, che le sovrappone dopo averle corrette per il movimento.

Ottica adattiva

Otticaadattiva significa cambiare la forma dello specchio o della lente mentre si guarda qualcosa, per vederla meglio.

Analisi dei dati

L'analisi dei dati è il processo di ottenere più informazioni da un'osservazione astronomica che non la semplice osservazione. L'osservazione viene prima memorizzata come dati. Questi dati avranno poi varie tecniche utilizzate per analizzarli.

Analisi di Fourier

L'analisi di Fourier in matematica può mostrare se un'osservazione (per un certo periodo di tempo) cambia periodicamente (cambia come un'onda). Se è così, può estrarre le frequenze e il tipo di modello d'onda, e trovare molte cose, compresi i nuovi pianeti.

Campi

Un buon esempio di campo è dato dalle pulsar che pulsano regolarmente in onde radio. Queste si sono rivelate simili ad alcune (ma non tutte) di un tipo di sorgente luminosa in raggi X chiamata binario a raggi X a bassa massa. Si è scoperto che tutte le pulsar e alcune LMXB sono stelle di neutroni e che le differenze sono dovute all'ambiente in cui la stella di neutroni è stata trovata. Quelle LMXB che non erano stelle di neutroni si sono rivelate essere buchi neri.

Questa sezione cerca di fornire una panoramica degli importanti campi dell'astronomia, del loro periodo di importanza e dei termini usati per descriverli. Va notato che l'astronomia in epoca moderna è stata divisa principalmente dallo spettro elettromagnetico, anche se ci sono alcune prove che questo sta cambiando.

Campi per corpo

Astronomia solare

L'astronomia solare è lo studio del Sole. Il Sole è la stella più vicina alla Terra a circa 92 milioni (92.000.000) di chilometri di distanza. È la più facile da osservare in dettaglio. L'osservazione del Sole può aiutarci a capire come funzionano e si formano le altre stelle. I cambiamenti del Sole possono influenzare il tempo e il clima sulla Terra. Un flusso di particelle cariche chiamato vento solare viene costantemente inviato dal Sole. Il vento solare che colpisce il campo magnetico terrestre provoca l'aurora boreale. Lo studio del Sole ha aiutato la gente a capire come funziona la fusione nucleare.

Astronomia planetaria

L'astronomia planetaria è lo studio di pianeti, lune, pianeti nani, comete e asteroidi, così come altri piccoli oggetti che orbitano attorno alle stelle. I pianeti del nostro Sistema Solare sono stati studiati in modo approfondito da molte astronavi in visita come Cassini-Huygens (Saturno) e il Voyager 1 e 2.

Astronomia galattica

L'Astronomia Galattica è lo studio delle galassie lontane. Lo studio delle galassie lontane è il modo migliore per conoscere la nostra galassia, poiché i gas e le stelle della nostra stessa galassia ne rendono difficile l'osservazione. Gli astronomi galattici cercano di capire la struttura delle galassie e come si formano attraverso l'uso di diversi tipi di telescopi e simulazioni al computer.

Astronomia delle onde gravitazionali

L'astronomia delle onde gravitazionali è lo studio dell'Universo nello spettro delle onde gravitazionali. Finora, tutta l'astronomia che è stata fatta ha utilizzato lo spettro elettromagnetico. Le onde gravitazionali sono increspature nello spaziotempo emesse da oggetti molto densi che cambiano forma, tra cui nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri. Poiché nessuno è stato in grado di rilevare direttamente le onde gravitazionali, l'impatto dell'astronomia delle onde gravitazionali è stato molto limitato.

Pagine correlate

    • Elenco delle comete

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