22 gennaio 2019

Astronomia

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L’astronomia, che etimologicamente significa legge delle stelle (dal greco: αστρονομία = άστρον + νόμος), è la scienza il cui argomento è l’osservazione e la spiegazione degli avvenimenti celesti. Studia le origini e l’evoluzione, le proprietà fisiche, chimiche e temporali delle materie che formano l’universo e che possono essere osservati sulla sfera celeste.

L’astronomia non va scambiata con l’astrologia una pseudoscenza che afferma che ci sia una analogia tra il moto apparente del Sole e dei pianeti nello zodiaco e il manifestarsi delle energie interiori dell’uomo, le quali insieme al libero arbitrio provocano gli eventi personali e collettivi.

Le due scienze hanno un’origine comune, ma sono totalmente differenti: gli astronomi hanno adottato il metodo scientifico sin dai tempi di Galileo, a differenza degli astrologi.


Astronomia e Astrofisica

Solitamente, i termini “astronomia” o “astrofisica” possono essere usati per riferirsi allo stesso soggetto. Fondati su precise definizioni del dizionario, il termine “astronomia” viene riferito allo “studio della materia e di oggetti fuori dall’atmosfera terrestre e delle loro proprietà fisiche e chimiche” mentre l’“astrofisica” si riferisce al campo dell’astronomia che tratta “il comportamento, le proprietà fisiche e i processi dinamici degli oggetti celesti e altri fenomeni”.

In alcuni casi, come nell’introduzione al trattato L’Universo Fisico (The Physical Universe) di Frank Shu, viene detto che l'”astronomia” può essere utilizzata per descrivere lo studio qualitativo del soggetto, quando l'”astrofisica” è usata per descriverne l’esposizione orientata verso la fisica. In ogni caso, dato che la più moderna ricerca astronomica parla di soggetti relativi alla fisica, la moderna astronomia potrebbe oggigiorno essere chiamata astrofisica.

Diversi dipartimenti che fanno ricerche su questo argomento possono usare “astronomia” e “astrofisica” a seconda se il dipartimento sia storicamente associato ad un dipartimento di fisica, e molti astronomi professionisti attualmente sono laureati in fisica. Uno dei principali giornali scientifici nel campo è denominato Astronomy and Astrophysics.

Storia

All’inizio della sua storia, l’astronomia si occupò unicamente dell’osservazione e della previsione dei movimenti degli oggetti celesti che potevano essere osservati ad occhio nudo dall’uomo. I primi astronomi erano simboleggiati dai sacerdoti di uno specifico culto religioso, in grado di svolgere una funzione utile alla società, creando i primi calendari, indispensabili per l’organizzazione della vita sociale ed agricolo-pastorale.

I Greci diedero importanti contributi all’astronomia, soprattutto grazie ad Ipparco ed Eudosso; culminati con l’opera di Claudio Tolomeo.

Nel corso del Medioevo, nel mondo occidentale l’astronomia faceva parte del corso abituale degli studi: si nota, ad esempio, con le consistenti conoscenze astronomiche che rappresenta un poeta come Dante, nella Divina Commedia. Nel XIII secolo, Guido Bonatti è orgoglioso di aver scoperto 700 nuove stelle, sconosciute ai predecessori. Lo studio venne portato avanti anche grazie agli Arabi.

All’epoca del Rinascimento, Nicolò Copernico attuò il rilevante lavoro di un sistema eliocentrico (non fu il primo a proporre l’ipotesi di un sistema con al centro il Sole, ma il primo a provare in maniera scientifica la sua teoria). Il suo lavoro fu difeso, sviluppato e corretto da Galileo Galilei e Keplero. Quest’ultimo fu il primo astronomo a fornire leggi che descrivessero correttamente i dettagli del movimento dei pianeti intorno al Sole, anche se non comprese le cause fisiche delle sue scoperte, la cui comprensione fu in seguito merito di Newton che elaborò i principi della meccanica celeste e la legge di gravitazione universale, che eliminava del tutto la distinzione tra i fenomeni terrestri e celesti.

Molto tempo dopo si apprese che le stelle sono oggetti molto lontani, e con la comparsa della spettroscopia fu provato che esse erano sì, simili al Sole, ma differenti quanto a massa, temperatura e dimensioni. Con l’avvento della spettroscopia fu possibile studiare la natura fisica degli astri, che portò all’astrofisica, cioè alla fisica applicata allo studio dei corpi celesti.

L’esistenza della nostra galassia, la Via Lattea, e l’intuizione che essa fosse un ammasso isolato di stelle rispetto al resto dell’Universo, fu provata solo nel XX secolo, insieme alla scoperta dell’esistenza di altre galassie. Rapidamente, grazie all’utilizzo della spettroscopia, ci si accorse che molti oggetti presentavano redshift, ovvero uno spostamento dello spettro verso il rosso rispetto a quanto ci si aspettava. Questo fenomeno era spiegabile solo con l’effetto Doppler, che fu decifrato come una differenza di moto negativa, cioè di allontanamento rispetto al nostro pianeta. Venne formulata allora la teoria dell’espansione dell’Universo.

La cosmologia, una scienza che ha vasti settori in comune con l’astronomia, ha fatto straordinari passi in avanti nel nostro secolo, con il modello del Big Bang, supportato da prove sperimentali fornite dall’astronomia e dalla fisica, come l’esistenza e le proprietà della radiazione cosmica di fondo, la Legge di Hubble e lo studio dell’abbondanza cosmologica degli elementi chimici.


Suddivisioni (per radiazioni elettromagnetiche)

Dato il grande numero di fenomeni di cui si occupa, l’astronomia è divisa in molti campi.

In astronomia, il metodo principale per ottenere informazioni richiede la rilevazione e l’analisi di radiazioni elettromagnetiche. Una tradizionale divisione dell’astronomia è data seguendo le differenti regioni dello spettro elettromagnetico che vengono osservate:

  • Astronomia ottica – si riferisce alle tecniche usate per rilevare ed analizzare la luce che può essere percepita dall’occhio umano (tra i 400 – 800 nm circa). Il più comune strumento usato è il telescopio.
  • Astronomia dell’infrarosso – si basa sul rilevamento della radiazione infrarossa (che ha una lunghezza d’onda maggiore della luce rossa). Lo strumento più usato è il telescopio, ottimizzato per tali usi. I telescopi posti in orbita sono utilizzati per evitare il “rumore” delle interferenze elettromagnetiche causate dall’atmosfera.
  • Astronomia dell’ultravioletto – si basa sulla rilevazione della radiazione ultravioletta (che ha una lunghezza d’onda inferiore a quella della luce violetta) esclusivamente tramite telescopi spaziali, dato che la radiazione viene schermata dallo strato di ozono dell’atmosfera terrestre.
  • Radioastronomia – usa degli strumenti completamente differenti per rilevare radiazioni con una lunghezza d’onda che va dal millimetro al centimetro circa. I ricevitori impiegati sono simili agli strumenti utilizzati per trasmettere segnali televisivi o radiofonici (come i radiotelescopi).
  • Astronomia a raggi X – è una branca giovanissima dell’astronomia, essa studia l’emissione di raggi X di molti oggetti del cielo tra cui il Sole.
  • Astronomia a raggi gamma – usa strumenti per rilevare le emissioni gamma dei corpi celesti come ad esempio i Gamma ray burst.

L’astronomia ottica e la radioastronomia impiegano osservatori installati a terra, poiché l’atmosfera è trasparente a queste lunghezze d’onda. Gli osservatori astronomici per l’infrarosso vengono costruiti in alta montagna e in luoghi con un clima secco in quanto la luce infrarossa è lievemente assorbita dal vapore acqueo. Il luogo migliore per intercettare la radiazione infrarossa è nello spazio, per cui sono stati costruiti telescopi spaziali.

L’atmosfera blocca i raggi X, i raggi gamma, e i raggi ultravioletti; per questo le osservazioni astronomiche a queste lunghezze d’onda possono essere effettuate solo da palloni atmosferici o dallo spazio.

Tutte le precedenti discipline sono basate sulla rilevazione di fotoni, ma è possibile ottenere informazioni anche rilevando i raggi cosmici, i neutrini e, nel prossimo futuro, le onde gravitazionali (cfr. LIGO e LISA).

Suddivisioni (per regioni dello spazio e tematiche correlate)

Gli astronomi studiano oggetti come pianeti, stelle, novae, ammassi stellari, galassie, nebulose, ecc. ma nessun astronomo osserva ogni tipo di oggetto. Una differente suddivisione può essere fatta per regioni dello spazio e tematiche correlate:

  • Astronomia galattica
  • Astronomia extragalattica
  • Formazione ed evoluzione delle galassie
  • Formazione stellare
  • Evoluzione stellare
  • Astronomia stellare
  • Astrometria: lo studio della posizione degli oggetti sulla sfera celeste e dei loro movimenti. L’astrometria si occupa inoltre della definizione dei sistemi di riferimento e della cinematica degli oggetti appartenenti alla nostra galassia
  • Cosmologia: lo studio dell’Universo nel suo insieme, della sua nascita ed evoluzione
  • Esobiologia o Astrobiologia: lo studio della formazione di vita biologica al di fuori del nostro pianeta
  • Planetologia: lo studio dei pianeti del Sistema Solare e le ipotesi sui pianeti extrasolari.Inoltre, vi sono altre discipline che possono essere considerate parte dell’astronomia, o scienze interdisciplinari che si occupano anche di astronomia:
  • Archeoastronomia: lo studio delle conoscenze astronomiche dei popoli antichi e degli orientamenti architettonici;
  • Astrochimica: lo studio della chimica del mezzo interstellare;
  • Astronomia geodetica: studia la determinazione delle coordinate geografiche dei punti della superficie terrestre indipendentemente da qualunque altro riferimento terrestre;
  • Astronomica nautica: parte dell’astronomia che studia la risoluzione dei problemi di posizione e direzione, in mare o in volo, utilizzando i principi dell’astronomia sferica;
  • Astronomia sferica: lo studio del moto apparente degli astri sulla sfera celeste più tutta una serie di branche della fisica.
  • Astronomia digitale: branca dell’astronomia che studia i metodi, i software e gli strumenti per l’ottenimento di immagini digitali.
  • Astrofotografia: per lo studio e lo sviluppo di metodi per l’ottenimento di immagini astronomiche.
  • Autocostruzione: per lo studio e la progettazione di metodi per l’autocostruzione di telescopi e strumenti per l’astronomia da parte degli astrofili.
  • Astronautica

L’astronomia è una delle poche scienze in cui il lavoro di ricerca del dilettante o dell’amatore (l’astrofilo) può giocare un ruolo rilevante, fornendo dati sulle stelle variabili o scoprendo comete, novae, supernovae, asteroidi o altri oggetti.

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