di Ugo Spezza
Premessa
Il 98% delle
persone oggigiorno, anche quelle dotate di una buona cultura generale,
non dispone di conoscenze astronomiche, nemmeno le più basilari. Del
restante 2% solo pochissimi, nel corso della loro vita, hanno infilato un occhio in un oculare di telescopio.
Il 50% degli abitanti dei paesi sviluppati non sa quanto impiega la
terra a compiere una orbita (1 anno). Il 75% non sa quanto dista la
Luna dalla Terra ed il 95% di essi non sa quanto è esteso il sistema solare,
nemmeno come ordine di grandezza, ossia se parliamo di migliaia, milioni o miliardi di km !!
Ne consegue che la quasi totalità delle persone non sa effettivamente nulla del posto ove si trova
e questo
è veramente paradossale! Pensate di svegliarvi un giorno e di
non ritrovarvi nel vostro letto ma in una località sconosciuta, con un
bel mal di testa e coperti di stracci. La prima cosa che fareste è
quella di cercare di orientarvi in quel posto, cercare forme di
civilizzazione e contattare qualcuno (sperando che comprenda la vostra
lingua) che possa darvi informazioni sulla vostra attuale posizione.
Questo sarebbe un comportamento logico ed assolutamente normale. Il
problema è che lo applichiamo solo su piccola, anzi piccolissima, scala.
Ciò accade
perchè sapere dove ci troviamo, a parte le brevissime distanze dei
dintorni del posto ove abitiamo, non è determinante per la nostra
evoluzione individuale e sociale. Il fatto che non sia determinante non
vuol dire però che non sia significativo. Sapere quale è la nostra
collocazione nell’universo visibile, insieme al rendersi conto della
effettiva scala delle distanze, è fondamentale per la propria personale
weltanschauung (visione del mondo). Senza queste nozioni minimali
saremmo confrontabili agli antichi che credevano che il cielo fosse
cosparso di piccole lucine lampeggianti come riporta la Genesi:
“Egli
creò anche le stelle e le mise esattamente dove più gli piacque. Dio
mise tutte queste bellissime luci nel cielo, per far luce sulla terra.
Il sole illumina la terra durante il giorno, e la luna e le stelle la
illuminano di notte.”
Ed in effetti, se ci si pensa bene, anche un uomo moderno può vivere
benissimo la propria vita fino alla morte credendo (per fede) a queste
ideazioni pseudo-astronomiche.
Al contrario, avere una esatta cognizione
della nostra posizione nell’universo e della relativa scala di grandezze
e distanze, può aiutare a meglio definire (e in taluni casi a rivedere…) le
proprie convinzioni etiche o religiose, qualunque esse siano in
partenza. Nella nostra analisi partiremo dalla nostra posizione nel
sistema solare, quindi nella nostra galassia, ci addentreremo poi nel
gruppo locale ed infine cercheremo di arrivare ai limiti
dell’esplorazione dell’universo consentita dagli attuali mezzi
tecnologici. Sono certo che molti rimarranno meravigliati da quanto
stanno per leggere.
Dimensioni e
masse nel Sistema Solare
Partiremo
analizzando le dimensioni dei singoli corpi del sistema solare. In
questa analisi va tenuto presente che il nostro Sole, da solo,
rappresenta il 99.8% della massa totale del sistema. Ciò significa che
la massa di tutti i pianeti messi insieme occupa un misero 0.2%. Per
rendersi conto dell’affermazione suddetta basti considerare che il
diametro del Sole è di 1.4 milioni di Km, quasi dieci volte a quello di Giove e
più di cento volte quello della Terra. I pianeti del sistema solare
interno, in ordine di distanza dal Sole, sono Mercurio, Venere, Terra e
Marte. Si tratta di pianeti composti essenzialmente di roccia con un
nucleo di materiale ferroso.
I grandi
pianeti del sistema solare esterno: Giove, Saturno, Urano e Nettuno sono
invece masse gassose con un piccolo nucleo centrale in roccia/ferro. Per
questo essi riportano una densità media, relativa alla materia che li
compone, particolarmente bassa: dai 700 ai 1320 Kilogrammi per metro
cubo. Si consideri che la Terra ha invece una densità di 5.500
Kilogrammi al metro cubo. Oltre l’orbita di Nettuno sono stati
individuati sino ad oggi anche due pianeti nani: Plutone ed Eris. La
Figura in basso, realizzata con un software di raytracing, può
sicuramente aiutare a comprendere le dimensioni relative dei pianeti
molto più dei numeri:
La Figura
sottostante segnala l’ordine sequenziale in cui i pianeti sono disposti
a partire dal Sole, non tenendo assolutamente conto delle
distanze reali.
Posizioni relative
dei pianeti nel sistema solare
Scala delle
distanze nel sistema solare
La seguente
tabella riporta le distanze dei pianeti dal Sole sia in milioni di km e
sia in anni luce. E’ infatti molto importante, come si comprenderà
meglio nel seguito, considerare la distanza che percorre la luce per
raggiungere i vari corpi del sistema solare per avere un metro di
riferimento quando partiremo ad esplorare l’esterno. Ricordiamo qui che
la luce nel tempo di un secondo percorre 300.000 km.
|
|
DIAMETRO MEDIO IN CHILOMETRI |
DISTANZA MEDIA IN MILIONI DI CHILOMETRI |
DISTANZA MEDIA IN ANNI LUCE |
|
SOLE |
1.392.000 |
- |
- |
|
MERCURIO |
4.880 |
58 |
3 MINUTI |
|
VENERE |
12.100 |
108 |
6 MINUTI |
|
TERRA |
12.750 |
150 |
8 MINUTI |
|
MARTE |
6.790 |
228 |
12 MINUTI |
|
GIOVE |
142.980 |
778 |
40 MINUTI |
|
SATURNO |
120.540 |
1.427 |
1 ORA E 20
MINUTI |
|
URANO |
51.120 |
2.870 |
2 ORE E 40
MINUTI |
|
NETTUNO |
49.530 |
4.497 |
4 ORE |
|
|
|
|
|
|
PLUTONE |
2.350 |
5.850 |
5 ORE |
|
ERIS |
2.400 |
9.500 |
8 ORE E 35
MINUTI |
Si può notare
che i pianeti rocciosi del sistema solare interno orbitano abbastanza
vicini al sole, entro i primi 250 milioni di km. Giove è ancora
relativamente vicino a 778 Mkm mentre Saturno inizia già ad essere più distante;
con i suoi 1427 Mkm la luce del Sole impiega un ora e quaranta
minuti per raggiungerlo. Questi sono i pianeti che si possono osservare
facilmente con un telescopio economico, (100-200 euro) ad esempio
rifrattore da 70 mm di diametro o con un riflettore da 114 mm, con una
lunghezza focale di un metro ed opportuni oculari.
Oltre abbiamo
Urano, che dista quasi 3 miliardi di km dal Sole; questo pianeta risulta
visibile, e solo come un punto azzurro, solo a telescopi amatoriali
potenti oppure ai telescopi professionali. Nettuno, ormai prossimo ai
4.5
miliardi di km, è invece percepibile solo come un punto nel cielo,
indistinguibile dalle stelle. Plutone ed Eris non sono invece nemmeno
rilevabili alla vista dei telescopi, essi sono stati individuati
solo grazie alla impressione di lastre fotografiche tenute sotto lunga
esposizione. Una lastra fotografica (o un sensore CCD), a differenza
dell’occhio umano può infatti registrare corpi celesti, altrimenti
invisibili, agendo come accumulatore di luce. In pratica, a differenza
delle foto tradizionali in cui l’obiettivo viene aperto solo per alcuni
istanti, nella fotografia astronomica esso viene tenuto aperto per
diversi minuti o addirittura ore.
Le due figure
che vedrete di seguito mostrano finalmente in modo inequivocabile la reale entità
delle distanze. La prima di esse visualizza il sistema solare interno
che si trova entro i primi 250 milioni di km (orbita di Marte). La
visuale si estende comunque fino all’orbita di Saturno che invece si
trova a circa 1.5 miliardi di km dal Sole.
Distanze reali nel
sistema solare interno
La seconda
figura, qui sotto, mostra invece il sistema solare esterno che si
estende fino all’orbita di Plutone a quasi 6 Miliardi di km dal Sole.
Distanze reali nel
sistema solare esterno
Si noti che
l’orbita del pianeta nano è molto eccentrica rispetto al piano delle
orbite dei pianeti ordinari. In realtà il sistema solare va ben oltre
l’orbita di Plutone estendosi attraverso la cosidetta Fascia di
Kuiper, una zona contenente asteroidi e oggetti più massicci
orbitanti attorno al sistema solare esterno fino alla distanza di 7.5
miliardi di Km. Nel gennaio 2005 in questa fascia alcuni scienziati
americani dal telescopio di monte Palomar hanno addirittura scovato un
pianeta nano grande quanto Plutone, poi denominato Eris. Sempre in
questa fascia sono presenti planetoidi quali Quaoar e Sedna, grandi meno
della metà della nostra Luna e le cui orbite eccentriche si estendono
fino a 5 giorni luce dal Sole.
Oltre la fascia
di Kuiper si stima che il sistema solare trattenga materia sotto forma
di pulviscolo, piccoli asteroidi e planetoidi per una zona che si
estenderebbe per oltre 3000 miliardi di km (4 mesi luce) dal Sole.
Questa fascia è denominata Nube di Oort. L’esistenza di tale
zona è tuttavia ipotetica in quanto non osservabile; se ne ipotizza la
presenza per spiegare l’esistenza delle comete di lungo periodo (Hale
Boop, Yakutake ecc.). In termini pratici si può dire che la maggior
parte della massa del sistema solare è dentro la fascia di Kuiper,
quindi entro i 7.5 miliardi di Km dal sole.
Corollario: Le possibilità di vita
nel sistema solare
Molta gente pensa che in futuro,
quando nuove fonti di energia saranno disponibili, si potrà andare a
vivere su Giove, Saturno o Venere senza problemi imbarcandosi su una
veloce e confortevole navicella spaziale. Nulla di più sbagliato! La
vita richiede condizioni particolarissime per potersi realizzare, lo
dimostra il fatto che solo il nostro pianeta, in tutto il sistema
solare, è colonizzato da forme di vita. Ecco un sunto delle
condizioni fondamentali:
-
Distanza del pianeta dalla stella (in
relazione alla magnitudo della stessa)
-
Dimensioni fisiche del pianeta
-
Presenza di una atmosfera
-
Compatibilità della atmosfera con
la vita
In primis va quindi considerata la
distanza dalla stella; per una stella di media grandezza come il Sole, i
pianeti devono trovarsi a distanze comprese tra i 100 e i 250 milioni di
Km. Se si trovano più vicino le forme di vita arrostirebbero a +300° di
temperatura, più lontano si avrebbe un gelo eterno (-100° e oltre).
Questa considerazione, nel nostro sistema, è sufficiente da sola ad
escludere i pianeti Mercurio (troppo vicino), ed i pianeti giganti
Giove, Saturno, Urano e Nettuno (troppo lontani). E comunque, anche se
questi corpi planetari giganti fossero “a portata di Sole” e fossero
composti di roccia in superficie, non risulterebbero comunque abitabili
poiché le loro dimensioni imporrebbero pressioni sulla superficie le
quali, a causa delle maggior forza gravitazionale, sarebbero
paragonabili a quelle che si ottengono sul fondo dei nostri oceani: un
essere umano farebbe immediatamente la fine di una frittella. Ovviamente i pianeti nani Plutone ed Eris, assieme alle lune di Giove e
Saturno, date le piccole dimensioni e la grande distanza dal Sole, non sono nemmeno da considerare.
Il pianeta gemello
della Terra è senz'altro Venere; le dimensioni sono quasi identiche e, anche se
si trova più vicino al sole di 40 milioni di km, le sue aree
sub-polari sarebbero sicuramente abitabili anche se l’acqua
andrebbe importata o creata in loco. Purtroppo però questo pianeta
presenta diversi problemi. Una pesante atmosfera infernale di
anidride carbonica ed acido solforico genera un effetto serra tale
da portare la temperatura alla superficie a 460°, un vero forno!
Tale atmosfera è densa 93 volte quella terrestre, quindi un uomo
presente sulla superficie sarebbe sottoposto alla stessa pressione
che troverebbe a 1000 metri di profondità in un oceano terrestre.
Venere inoltre ruota su se stessa con un periodo lentissimo, il suo giorno
equivale a 243 giorni terrestri. In pratica espone la stessa faccia
al Sole per più di 120 giorni all’anno. Se nonostante tutto in
futuro, degli evoluti post-umani, servendosi di grandi fonti
energetiche e di nuove tecnologie, potessero realizzare una bonifica
della atmosfera di Venere, questo pianeta risulterebbe a tutti gli
effetti un gemello della nostra Terra.
Marte con il suo giorno di 24
ore e mezzo e la probabile presenza di acqua, è da sempre stato
considerato un ottimo obiettivo per l’esplorazione. Trovandosi
distante dal Sole 100 milioni di km in più rispetto alla Terra le
sue temperature sono alquanto rigide; si raggiungono anche i -110°
ai poli con una temperatura media di -63°. Però ci sono alcune aree equatoriali in cui la temperatura
oscilla tra +5° e +20° in estate. L’acqua in realtà non è
fondamentale in senso stretto in quanto, con processi chimici
appositi, disponendo di sufficiente energia, la si può produrre in
loco partendo da ossigeno ed idrogeno. Oppure la si potrebbe
trasportare in quantità sufficiente dalla Terra e poi attivare
sistemi di riciclo intensivo. In ogni caso Marte sembrerebbe
disporre di acqua ai poli e si ipotizza che possa averne anche nel
sottosuolo. Più importante è invece considerare la
composizione della atmosfera: su Marte essa è quasi del tutto
assente, a parte un leggerissimo velo di anidride carbonica
assolutamente rarefatto. Si pensi che la pressione atmosferica sulla
terra è di 1013 Millibar mentre su Marte è di soli 7 Millibar. Altresì è da considerare la
dimensione del pianeta; Marte è grande metà della Terra ed ha così
una gravità di 0.376 volte quella terrestre. Un uomo di 75 chili su
marte peserebbe solo 28 chili. Ma non è questo il vero problema; il
fatto è che un pianeta che non ha sufficiente gravità non può
trattenere una atmosfera. Anche se si trasportassero su Marte
immense quantità di acqua e si creasse in loco (con giganteschi
macchinari…) una atmosfera respirabile, la stessa, assieme al vapore
acqueo, verrebbe dispersa nello spazio nel giro di alcuni secoli.
Tuttavia, nonostante queste
limitazioni molte forme di vita potrebbero adattarsi alla attuale
atmosfera marziana. Di essa sappiamo perfettamente la composizione,
rivelata fin dagli anni 80 dalle sonde Vicking inviate su Marte
dalla Nasa. Diversi anni fa il fisiologo statunitense Sanford M.
Siegel, dell'Istituto di Ricerche Union Carbide di Eastview (New
York) costruì un simulatore di atmosfera marziana e vi chiuse
dentro animali e vegetali. I risultati furono sorprendenti: semi di
segale germogliarono, le cactee crebbero e le conifere
verdeggiarono. "Su Marte i vegetali debbono avere risolto il
problema della riproduzione secondo schemi diversi, adatti a
quell'ambiente", commentò il professore, che notò come alcuni
insetti, vespe api e tarantole, sopravvissero in gran parte in
quell'ambiente, pur non essendo in grado di volare data la estrema
rarefazione dell'atmosfera. Essa impediva anche la normale
impollinazione. Le tarantole si mostrarono particolarmente a loro
agio. Ma le maggiori sorprese si ebbero quando lo scienziato
introdusse nella grossa teca delle tartarughe. Appena preso contatto
con l'atmosfera marziana, queste ridussero di colpo il loro
contenuto sanguigno, tanto da lasciare increduli gli osservatori. In
quelle condizioni la circolazione non sarebbe dovuta compiersi e gli
animali sarebbero dovuti morire. Invece le tartarughe continuavano a
muoversi disinvolte, senza alcuni disturbo. "Come questo sia
potuto accadere, è del tutto incomprensibile. Non c'è spiegazione
che regga", commentò il professore.
Questo dimostra
che noi siamo nati per poter colonizzare lo spazio, è questo il
nostro fine.
Dalla notte dei tempi la
vita si è espansa in tutti gli ambienti della Terra e l'uomo ha
colonizzato ogni nicchia dello spazio vitale disponibile sul nostro
pianeta. Una ulteriore espansione la si può pensare solo se si
guarda alla colonizzazione del sistema solare. Basti pensare che se
la società si evolverà verso il post-umano il prolungamento della
vita biologica dovuto a nuove ideazioni in medicina, in cibernetica
o nel campo delle nanotecnologie potrebbe portare ad una esplosione
demografica senza precedenti.
Un prolungamento
della vita media di ciascun essere umano anche solo del 200%
porterebbe ben presto ad una contingente scarsità di risorse
alimentari, energetiche e di spazi vitali. L'equilibrio biologico
del sistema Terra potrebbe cosi andare al collasso; l'unica
alternativa a questo sta nella colonizzazione dello spazio.
Purtroppo attualmente non
si sta facendo nulla in questo senso. Le tecnologie per
impiantare una base spaziale sulla Luna, dalla quale poi inviare i
materiale di costruzione per la colonizzazione di Marte, sono
disponibili dagli anni 70. Sono passati quasi 40 anni e siamo ancora
qui, a bivaccare su questo pianeta. Perchè? Perché le missioni nello
spazio costano troppo! La realtà è che la Terra ci offre ancora un
asilo comodo e risorse di cibo ed energia per la sopravvivenza in
assoluta sovrabbondanza e a basso costo; al contrario la
colonizzazione di Marte comporterebbe dispendio di tempo, denaro,
energie. Ma sentiamo cosa dice lo scienziato-scrittore Arthur
Clarke riguardo al conservatorismo tecnologico:
"Immagini un pesce tradizionalista che, un miliardo di anni
fa, diceva ai suoi parenti divenuti anfibi: «La vita sulla
terraferma non è paragonabile a quella marina. Noi stiamo bene
quaggiù dove ci troviamo». E così fecero i pesci, e sono rimasti
pesci!"
Ma si deve pensare anche ad un altro problema: basterebbe oggi un
solo asteroide
(leggi articolo correlato) di appena
60 Km di diametro per estinguere il 95%
dell'umanità e del resto della vita. Senza considerare che quegli sfortunati che
sopravvivessero sarebbero retrocessi, tecnologicamente parlando, al
medioevo.
E' probabile che le future
generazioni umane che nasceranno su Marte si adatteranno con
mutazioni specifiche alla gravità del pianeta ed avvieranno il loro
sviluppo abitando, con relative piante ed
animali, in una apposita biosfera sotto calotte di
vetro con atmosfera pressurizzata. Nel giro di soli 100 anni essi
potrebbero divenire assolutamente diversi da come siamo noi tanto
che non potrebbero più tornare ad abitare sulla Terra. Non è da
escludere una bonifica di Marte effettuata con la conversione della
sua atmosfera ed immense operazioni di terraforming. La
colonizzazione dello spazio esterno al sistema solare sarà invece riservata ad un'era
post-umana, il perché lo capirete continuando a leggere.
Oltre
il sistema solare: le stelle prossime
Quello che c’è
oltre il sistema solare, date le attuali possibilità di esplorazione
umana dello spazio, è un vuoto molto profondo. Va considerato infatti
che le stelle più vicine: Alfa Centauri A e B, assieme alla nana rossa
Proxima Centauri, sono distanti 4.3 anni luce (che abbrevieremo in
seguito in AL). La prima di esse è anche abbastanza simile al Sole come
classe spettrale e potrebbe avere in orbita pianeti compatibili con la
vita. Il problema è che la distanza citata equivale a 40.678.000.000.000
di km (poco più di 40.000 miliardi di km)! Ossia circa 5300 sistemi
solari affiancati l’uno accanto all’altro.
Con le attuali astronavi a
propulsione chimica, capaci di raggiungere velocità massime di 100.000
Km orari occorrerebbero 46.000 anni per raggiungere il sistema stellare
a noi più vicino. In ordine di distanza vi è poi la Stella di Barnard a
5.96 anni luce, ma si tratta di una debole nana rossa del diametro di
1/10 di quello solare e il cui (eventuale) sistema di pianeti non
sarebbe adatto a supportare la vita. Un’altra nana rossa è la Wolf 359
distante 7.78 anni luce. Inadatta anche essa alla vita ma molto famosa in
quanto citata spesso nella serie Star Trek come luogo di scontro tra la
razza umana e gli organismi pseudo cibernetici chiamati “Borg”. La
stella doppia Sirio, la più luminosa del cielo, si trova ad 8.6 anni
luce da noi ma essendo 2.4 volte più grande del Sole emette una tale
quantità di radiazione che un pianeta come la Terra dovrebbe orbitare a
700 milioni di km di distanza per non essere arrostito. A quella
distanza subirebbe però il nefasto influsso gravitazionale della piccola
Sirio B. Sempre in ordine di distanza seguono poi alcune nane rosse fino
a giungere alla stella Epsilon Eridiani, a 10.52 anni luce da noi. Data
la somiglianza col nostro Sole (diametro di 0.85:1) è una delle stelle
più studiate in assoluto tanto che nel 2000 si poté dedurre la presenza
di un pianeta gigante (simile a Giove) dalle sue anomalie orbitali.
Anche la fantascienza ha spesso citato questa stella nei racconti della
serie “Robot” di Isaac Asimov. A seguire, in ordine di distanza,
troviamo un enorme numero di nane rosse e qualche nana bianca.
Gli astronomi
sono attualmente impegnati nella ricerca di pianeti extrasolari, i
quali, beniteso, non risultano visibili ad alcun telescopio, però se ne
può dedurre la massa per le anomalie orbitali a cui sottopongono la
stella. Ad esempio attorno alla stella Gliese 876 (a 15.34 AL) nel 1998 furono
individuati due pianeti di massa gioviana. La costruzione di un nuovo e
potente telescopio spaziale o lunare, tristemente rinviata per mancanza
di investimenti, ci consentirebbe di esplorare il cosmo e di
comprenderne i segreti.
Dimensioni
della nostra galassia
La nostra
galassia si chiama Via Lattea ed è del tipo a spirale barrata di
dimensioni medie. Acquisisce questo nome (scientificamente alquanto
infelice…) per il fatto che di notte, in una zona con cielo
perfettamente buio, in assenza di Luna, e dopo aver adattato l’occhio
umano alla totale oscurità (occorrono circa 15 minuti), si può osservare
il centro della galassia a cui il nostro sole appartiene. Essa appare ad
occhio nudo come una scia biancastra che solca il cielo. In fotografia
astronomica a media esposizione (vedi figura in basso) essa si rivela
invece in una immagine spettacolare con zone più o meno dense di luce e
nebulose di gas incandescente di color magenta. Per eseguire questa
fotografia è sufficiente un semplice teleobiettivo da 50 mm aperto ad F 1.8 e non
occorrono telescopi.
La nostra galassia
(Via Lattea) appare nel cielo come una scia biancastra e disuniforme
Poiché il sole
si trova in una posizione decentrata rispetto al centro del disco
galattico noi possiamo vedere la zona centrale del disco medesimo di
taglio. Ecco perché tale zona ci appare come una scia con in risalto una
zona centrale (il nucleo galattico) più ricca di stelle. Si ipotizza che
al centro del nucleo galattico vi sia un buco nero di grandi dimensioni.
Le dimensioni
della Via Lattea riportano un diametro medio di 78.000 anni luce mentre
il centro galattico dista da noi poco meno di 27.000 anni luce. Tuttavia
la galassia si estende complessivamente per 100.000 anni luce dato
che attorno ad essa è presente un alone sferoidale composto da
vecchie stelle e ammassi globulari. Per
percorrere il diametro galattico con gli attuali mezzi umani, ossia con
la nostra navicella che viaggia a 100.000 Km/h,
occorrerebbe quasi un milione di anni!
Il numero di stelle della nostra galassia
è stimato in 200 Miliardi ma ci sono scienziati che affermano che tale
numero è approssimato (e di molto) per difetto.
La nostra galassia
- La Via Lattea - ha un diametro di 78.000 anni luce, il sole dista
27.000 a.l. dal centro
Il gruppo
locale
La nostra
Galassia non è isolata nell’universo ma fa parte di un gruppo locale di
galassie che a sua volta fa parte di un superammasso di galassie. Il
Gruppo Locale comprende più di 30 galassie tra cui le più significative,
in ordine di dimensioni sono la Galassia di Andromeda, la Via Lattea e
la Galassia del Triangolo. Con un binocolo ad ampia apertura in un sito
buio è possibile visualizzare la Galassia di Andromeda come una diffusa nube
biancastra estesa quasi quanto il disco lunare. Il centro gravitazionale
del gruppo locale si trova da qualche parte tra la Via Lattea e la
Galassia di Andromeda. Le galassie del Gruppo Locale occupano uno spazio
di 10 milioni di anni luce di diametro e sono legate gravitazionalmente
al superammasso della Vergine, detto anche superammasso locale, distante
60 milioni di anni luce. I due membri più massicci del Gruppo sono la
Via Lattea e la Galassia di Andromeda. Entrambe galassie a spirale,
ognuna di esse ha un sistema di galassie "satelliti". Il sistema di
satelliti della Via Lattea consiste della Grande Nube di Magellano,
Piccola Nube di Magellano e galassie minori. Il sistema di Andromeda è
composto da M32, M110 ed altre galassie minori. La figura in basso
riporta una visuale del gruppo locale ma le distanze non sono in scala,
essa serve solo a “rendere l’idea”.
Il gruppo locale
delle galassie vicine alla nostra si estende per 10 milioni di anni luce
I
superammassi di galassie
I gruppi di
galassie sono al loro volta collegati in ammassi e superammassi che si
influenzano gravitazionalmente in modo reciproco. Simulazioni al
calcolatore relative alla struttura dell’Universo su larga scala
producono immagini come quella che potete vedere in basso. Si tratta dei
cosidetti “filamenti” con cui i vari superammassi sono collegati. Questo
è quello che vedrebbe un ipotetico osservatore che potesse osservare una
porzione di un cubo di un miliardo di anni luce di lato.
Simulazione al
calcolatore della struttura dell'universo su grande scala
I limiti
dell’Universo
L'universo
osservabile, composto da tutto ciò che può averci influenzato dal
momento del Big Bang, secondo i fisici esso risulterebbe “finito” dato
che la velocità della luce, cioè la massima velocità a cui un fenomeno
fisico può propagarsi, è anch'essa finita. L'orizzonte cosmico si trova
a 13,7 miliardi di anni luce di distanza. La distanza effettiva di
questo orizzonte è però più grande, perché nel tempo trascorso affinché
la luce sia arrivata fino a noi, questo bordo ha continuato ad
espandersi. Si stima che si trovi a circa 50 miliardi di anni luce
(4,7×1023 km). Questo comporterebbe che il volume dell'universo
osservabile sia di 5×1032 anni luce cubici (assumendo che questa
regione sia sferica). L'universo osservabile contiene circa 7×1022
stelle, organizzate in circa 1011 (cento miliardi) di galassie, le
quali si riuniscono in gruppi e ammassi di galassie e in superammassi.
Recenti osservazioni condotte col Telescopio Spaziale Hubble
suggeriscono un numero ancora maggiore di galassie. Riguardo alla forma,
se la teoria del Big Bang risulta vera l’universo si sarebbe espanso in
modo sferico. Molti cosmologi ritengono che l'universo osservabile sia
(quasi) piatto, esattamente come la superficie della Terra è (quasi)
piatta.
Occorre poi
stabilire se l'Universo sia topologicamente connesso oppure no. Secondo
il modello del Big Bang, l'Universo non ha un confine spaziale, ma
potrebbe comunque essere spazialmente finito. Questo può essere compreso
mediante un'analogia con le due dimensioni: la superficie della Terra
non ha confini e chi dovesse percorrerla tutta in circonferenza
ripasserebbe sul punto di partenza. Tuttavia tale superficie (sferica)
ha un'area finita e calcolabile. Per l'universo si può pensare ad un cilindro, e
poi immaginare di liberarsi dalle costrizioni imposte dalla geometria
ordinaria e immaginare di unire le due estremità del cilindro, ma senza
piegarlo. Anche questo è uno spazio a due dimensioni con un'area finita,
ma a differenza della superficie terrestre è piatto, ed è quindi un
modello migliore.
Una immagine
stupenda (che personalmente trovo "poetica") prodotta dal telescopio
spaziale, e che ha richiesto una esposizione fotografica durata ben 10
giorni, è la famosa Hubble Deep Field (deep field - campo
profondo). Si tratta di una piccola zona di cielo nella costellazione
dell'orsa maggiore quasi del tutto priva di stelle appartenenti alla
nostra galassia. Una specie di vuoto cosmico per i telescopi terrestri
che non vi rilevavano nulla. Il telescopio orbitante Hubble potè invece
rilevare, in uno spazio che si supponeva quasi vuoto, un enorme numero
di galassie lontane, di cui alcune, quelle di colore azzurro, che sono in fase di
prima formazione. L'esperimento fu poi ripetuto anche per l'emisfero sud
determinando anche qui un congruo numero di galassie lontanissime. Ciò
diede luogo a nuove teorie che affermano che l'universo è molto uniforme
su grande scala e mette in dubbio qualche aspetto della teoria del Big
Bang in favore della teoria dello
Stato Stazionario che invece suppone che l'universo sia infinito e
sempre esistito. La seguente immagine è in altissima risoluzione,
visibile facendo click sul link in blu qui sotto. Essa rappresenta in
assoluto la visione dell'Universo più distante che l'occhio umano possa
mai avere visto. Consiglio di scaricarla e
visualizzarla alla dimensione nativa di 100% con un visualizzatore di
immagini, ad esempio Fast-One viewer:
HUBBLE DEEP FIELD.
Il paletto di
Einstein
Ricapitoliamo:
una astronave realizzabile con le attuali tecnologie (propulsione
chimica) che viaggi a
100.000 km/ora per raggiungere il sistema stellare più vicino (Alpha
Centauri) impiegherebbe 47.000 anni. Per percorrere il diametro della
nostra galassia, la Via Lattea, ci vorrebbe più di un 1 miliardo di anni
mentre per raggiungere la galassia di Andromeda, che fa parte del nostro
“gruppo locale” occorrerebbero 25 miliardi di anni.
Sono ovviamente
distanze inimmaginabili e non proponiamo nemmeno il tempo che occorrerebbe
per raggiungere una galassia ai limiti dell’universo conosciuto. La
tabella di seguito può aiutare a comprendere meglio ed a
riassumere l'entità delle distanze:
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Distanza in Anni Luce |
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Sistema solare interno (entro l'orbita di Marte) |
12 minuti luce |
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Sistema solare (entro la fascia di Kuiper) |
8 ore luce |
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Sistema stellare più vicino (Alpha centauri) |
4.3 anni luce |
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Diametro della nostra galassia (Via Lattea) |
100.000 anni luce |
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Galassia del gruppo locale (Andromeda) |
2.3 milioni di anni luce |
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Superammasso locale (Vergine) |
60 milioni di anni luce |
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Limite dell’universo visibile |
13.7 miliardi di anni luce |
Ammettiamo
ora che una società post-umana riesca ad inventare una nuova forma di
energia a basso costo, ad esempio la fusione nucleare controllata.
Ebbene, si potrebbe pensare che una astronave con motore a fusione,
rispetto ai rozzi propulsori a reazione chimica attuali, potrebbe
disporre di velocità maggiori. Questo è sicuramente vero ma comunque, in
ogni caso, tale astronave non potrebbe mai superare la velocità della
luce, pari a 300.000 km/sec.
La teoria della
Relatività Generale di Einstein impone che un oggetto di massa “m”
maggiore di zero non può superare o eguagliare la velocità della luce.
Ciò proprio a causa del risultato della famosa equazione E=mc²
(E=Energia, m=massa, c=costante della velocità della luce), che
definisce l'uguaglianza tra massa ed energia. All'aumentare della
velocità di un corpo aumenterebbe quindi la massa del corpo stesso,
all'approssimarsi della velocità della luce la massa di tale corpo
tenderebbe all'infinito, quindi, per spostarsi, avrebbe bisogno di una
quantità infinita di energia; questo ovviamente è paradossale.
Queste
conseguenze derivano dal fatto che ogni oggetto ha una massa, e la massa
equivale ad energia. All'aumentare della velocità dei corpi il tempo
rallenta e lo spazio si contrae, i calcoli di Einstein dimostrano anche
un aumento della massa proporzionale all'energia che serve a muovere il
corpo stesso. Per approssimarsi alla velocità della luce i corpi hanno
bisogno di sempre maggior energia per accelerare, e questa si traduce
in un aumento della massa fisica dell’oggetto. Tutto ciò significa che
non solo non si può superare la velocità della luce ma che non si può
nemmeno approssimarsi ad essa senza subire effetti relativistici quali
l’aumento di massa e la contrazione del tempo.
In realtà, al
di là del fattore relativistico, un oggetto che viaggiasse solo al 33%
della velocità della luce (100.000 Km/sec) impatterebbe contro la
materia fissa presente nello spazio interstellare in modo disastroso. E
non parliamo qui di piccoli meteoriti, anche la semplice polvere
interstellare o addirittura una rarefatta nube di
idrogeno a quelle velocità impatterebbe sullo scafo dell'astronave come
fosse una scia di raggi gamma ad alta energia. Nello percorso di qualche
anno luce lo scafo della nave diverrebbe talmente radioattivo da uccidere
gli occupanti umani.
Tirando le
somme, a meno che non saranno scoperti nuovi principi nella fisica che
rendano utilizzabili tecnologie di "salto dimensionale", "passaggi worm-hole",
o cose che attualmente appartengono alla fantascienza come la "velocità
curvatura", l’umanità attuale risulta
confinata nel sistema solare. Occorrerà probabilmente qualche secolo
prima che si sviluppi una tecnologia capace di farci raggiungere le
stelle prossime ed è altamente probabile che non riusciremo mai ad
uscire dai limiti dello spazio della nostra galassia.
