Hubble e la scoperta dell'universo

Bibliografia :

http://www.hubblesite.org/

http://www.astrofili.org/

Fisica percorsi e metodo 3 Di J. D. Wilson e A. J. Buffa

Il nostro universo. Di Leonida Rosino 5

Hubble

Dall’alba dei tempi l’uomo ha sempre provato un incredibile fascino verso l’ignoto

attribuendone significati divini o metafisici per darne una spiegazione , allo stesso

modo il cielo stellato è stato un elemento di grande curiosità,tanto che la maggior

parte delle civiltà antiche attraverso lo studio e il mito iniziarono a conoscerlo pian

piano. Questo studio che iniziò con la nascita dell’uomo prosegue anche oggi seppur

con strumenti differenti. Nel 1990 il lancio del Telescopio Spaziale Hubble rappresenta

appunto ciò, il proseguimento di questo incredibile viaggio verso l’ignoto dove ogni

piccolo passo rappresenta una grande scoperta.

Cambiare Astronomia

Le scoperte di Hubble hanno trasformato il modo con cui gli scienziati guardano il

cosmo. La sua capacità di mostrare l'universo in dettaglio è senza precedenti. Ha

validato molte teorie sull'universo e ne ha anche suscitato di nuove, chiarendo il

percorso per gli astronomi del futuro.

Tra le sue molte scoperte, Hubble ha rivelato l'età dell'universo a circa 13-14 miliardi

anni, un dato molto più accurato rispetto ai precedenti secondo cui l’origine del tutto

sarebbe avvenuta da 10 a 20 miliardi di anni fa. Inoltre Hubble ha giocato un ruolo

decisivo nella scoperta dell’ energia oscura, una forza misteriosa che provoca

l'espansione dell'universo in accelerazione.

Hubble ha mostrato agli scienziati galassie in tutte le varie fasi di evoluzione, anche le

“galassie bambino” che sono vissute quando l'universo era ancora giovane, aiutandoli

a capire come le galassie si formano. Ha trovato dischi protoplanetari, gas e polveri

attorno a molte stelle, cause della formazioni di nuovi pianeti, come il nostro per

esempio che è nato nel medesimo modo. E questi sono solo una manciata dei suoi

numerosi contributi all’ astronomia.

L'enorme quantità di astronomia sulla base di osservazioni di Hubble ha anche 6

contribuito a renderlo uno dei più importanti osservatori della storia. Più di 6000

articoli scientifici sono stati pubblicati sulla base dei dati di Hubble.

Perché un telescopio spaziale?

Il telescopio spaziale Hubble è la soluzione diretta ad un problema che perseguita i

telescopi a partire dalla loro invenzione: l'atmosfera. Infatti ci sono delle sacche d'aria

nell'atmosfera terrestre che distorcono la vista dei telescopi a terra, non importa

quanto grandi o tecnologicamente avanzati siano questi telescopi , questa "distorsione

atmosferica rimane e, inoltre è la ragione per cui le stelle sembrano scintillare quando

si guarda verso il cielo(fenomeno causato dalla rifrazione atmosferica)

L'atmosfera, assorbe determinate lunghezze d'onda delle radiazioni, come gli

ultravioletti, i raggi gamma e i raggi X, prima che possano raggiungere la Terra. Gli

scienziati però spinti dal loro desiderio di conoscenza, devono studiare il cosmo nella

sua interezza e questo, dalla terra non è possibile. Allora, gli scienziati hanno deciso

di evitare questi problemi inserendo il telescopio 569 km sopra la superficie della

Terra.

COME FUNZIONA

Ogni 97 minuti Hubble compie un giro attorno alla Terra, si muove alla velocità di circa

cinque chilometri al secondo - abbastanza veloce per attraversare gli Stati Uniti in

circa 10 minuti. Mentre viaggia, lo specchio di Hubble cattura la luce e la dirige nei

vari strumenti scientifici con cui è equipaggiato

Hubble è un tipo di telescopio conosciuto come un riflettore Cassegrain. La luce

colpisce lo specchio principale del telescopio, o specchio primario, che rimbalza e

incontra uno specchio secondario. Lo specchio secondario concentra la luce in un foro

nel centro dello specchio primario che conduce agli strumenti scientifici del telescopio.

Spesso le persone credono erroneamente che la potenza di un telescopio risiede nella

sua capacità di ingrandire gli oggetti. Il lavoro dei telescopi in realtà è raccogliere più

luce di quella che l'occhio umano è in grado di percepire. Più è grande lo specchio di

un telescopio, maggiore è la quantità di luce che può raccogliere migliore è la sua

visione. Lo Specchio primario di Hubble è di 2,4 metri di diametro. Questo specchio è

piccolo rispetto a quelli dei telescopi sulla terra che possono essere anche di 10 metri

e oltre, ma la posizione di Hubble oltre l’atmosfera permette di ottenere una qualità

dell’immagine senza precedenti. Una volta che lo specchio cattura la luce, gli

strumenti scientifici di Hubble lavorano insieme o individualmente per permettere una

osservazione dettagliata. Ogni strumento è stato progettato per esaminare l'universo

in un modo diverso.

La Wide Field Camera 3 (WFC3) vede tre diversi tipi di luce: l’ ultravioletto,il visibile e

l’infrarosso, anche se non contemporaneamente. WFC3 è uno degli strumenti di 7

Hubble più recenti, e sarà utilizzato per studiare l'energia oscura, la materia oscura, la

formazione di stelle e la scoperta di galassie estremamente remote in precedenza

nascoste alla visione di Hubble.

Il Cosmic Origins Spectrograph (COS), quest’ altro nuovo strumento è uno spettrografo

che vede esclusivamente la luce ultravioletta. Gli Spettrografi agiscono in modo simile

ai prismi, separando infatti la luce proveniente dal cosmo nei suoi diversi colori. Ciò

fornisce una lunghezza d'onda dell’ oggetto osservato che ci racconta la sua

temperatura, la composizione chimica, densità e movimento.

La Advanced Camera for Surveys (ACS) vede la luce visibile, è stato progettato per

osservare alcune delle prime attività dell’universo. ACS aiuta a mappare la

distribuzione della materia oscura, rileva gli oggetti più distanti , aiuta nella ricerca di

pianeti e studia l'evoluzione degli ammassi di galassie.

Lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) è uno spettrografo che vede

ultravioletto,la luce visibile e l’ infrarosso, ed è conosciuto per la sua capacità di

scovare i buchi neri. Mentre COS funziona meglio con le piccole fonti di luce, come le

stelle o quasar, STIS può tracciare oggetti più grandi come le galassie.

La Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) è il sensore del

telescopio che rileva il calore. La sua sensibilità alla luce infrarossa( percepita dagli

esseri umani sotto forma di calore) permette di osservare oggetti nascosti dalla

polvere interstellare permettendo lo sguardo nello spazio più profondo.

Infine, il Fine Guidance Sensors (FGS), è un insieme di dispositivi che prendendo come

riferimento alcune "stelle guida" e mantenendo ad Hubble la giusta direzione

misurano la distanza tra le stelle, e i loro movimenti relativi.

Tutte le funzioni di Hubble sono alimentate dalla luce solare. I pannelli solari

convertono la luce solare direttamente in energia elettrica ma una parte di essa vieni

immagazzinata in delle batterie per mantenere il telescopio in esecuzione anche

quando si trova nella zona d’ombra della terra dove i raggi solare non arrivano.

Hubble Control Center:

Un quartetto di antenne sul telescopio invia e riceve informazioni dal Goddard Space

Flight Center di Greenbelt, il centro operativo da cui si gestisce questo incredibile

insieme di ottiche e strumenti. Il telescopio per gestire tutte le informazioni possiede

due computer principali e un insieme di altri più piccoli.

Siccome Hubble è un progetto a cui può accedere qualunque scienziato, il team che

dirige il telescopio deve selezionare solo alcuni scienziati, quelli che propongo e che

seguono le ricerche migliori.

Ogni anno circa 1.000 proposte vengono esaminate e circa 200 sono selezionati, per 8

un totale di 20.000 osservazioni individuali.

Storia

Il telescopio spaziale Hubble venne lanciato nello spazio a bordo dello Space Shuttle

Discovery il 24 aprile 1990. Questo non senza difficoltà:

Negli anni ’80 la Nasa, grazie al Congresso che approvò un finanziamento per il

progetto, potè dare vita al telescopio più potente mai creato. Si iniziarono gli studi per

creare nuovi strumenti e nel giro di poco tempo numerosi imprenditori vollero entrare

nel progetto.

Dopo alcuni ritardi, il lancio di Hubble era previsto per l’ottobre del 1986. Accadde

però che il 28 gennaio 1986 lo Space Shuttle Challenger esplose dopo un minuto dalla

sua partenza. Di conseguenza i voli Shuttle smisero per due anni. In questo arco di

tempo il team Hubble continuò a migliorare il telescopio aggiungendo batterie più

potenti e potenziando i vari strumenti.

Il 24 aprile 1990, Hubble fu lanciato in orbita a bordo dello Space Shuttle Discovery.

Dopo poco tempo che il telescopio era entrato in orbita, apparve chiaro che qualcosa

non andava. Nonostante le immagini fossero piu chiare e luminose di quelle dei

telescopi sulla terra il vero problema era un altro. Le immagini era sfuocate.

Lo specchio primario di Hubble, lucidato con tanta cura e attenzione nel corso di un

intero anno, aveva un difetto chiamato "aberrazione sferica”. La forma della lente era

leggermente sbagliata, la luce di conseguenza veniva concentrata in un punto diverso

da quello prestabilito. Per capire l’errore commesso dobbiamo pensare che nella

costruzione dell’ottica, la lente era più grande di 1/50 esimo di un foglio di carta ma

questo bastò per falsare la vista

Gli scienziati conoscevano l’esistenza di questo fenomeno ma ora dovettero affrontare

il problema in una situazione singolare.

Si trovò subito la soluzione. Inserire una serie di piccoli specchi che intercettando la

luce avrebbe corretto il difetto .Dopo 11 mesi di lavori per costruire questi specchi il 2

dicembre del 1993, un equipaggio di sette astronauti in 5 giorni di lavoro effettuò la

riparazione.

Il 13 gennaio 1994 comparvero le prime immagini, Hubble fu cosi trasformato nel

telescopio promesso e tanto aspettato.

Poi la vita del telescopio prosegui senza particolari complicanze, vennero solo fatte

diverse sostituzioni di alcuni strumenti potenziati e pochi aggiornamenti. 9

L’uomo si sa, è un essere curioso, vuole superare ogni limite, per questo sono già

iniziati i lavori per un nuovo telescopio molto più potente di Hubble, il James Webb

Space Telescope (JWST) che dalla sua orbita 1,5 milioni di km di distanza dalla Terra,

JWST svelerà i segreti della nascita delle stelle, galassie, sistemi solari e dal peering

tra la polvere che blocca la luce visibile. Il lancio è previsto per il 2014.

Le Stelle

Ora che siamo a conoscenza di cosa sia Hubble e di come funzioni, dobbiamo

analizzare quello che studia: i corpi celesti.

Il termine corpo celeste si riferisce a un qualsiasi corpo o oggetto astronomico non

appartenente al nostro pianeta come i pianeti, gli asteroidi, le stelle, i buchi neri ecc.

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(Nella fotografia alcuni esempi di corpi celesti)

La nascita di una stella avviene attraverso numerose fasi che coinvolgono non solo

la temperatura e la densità superficiale, ma soprattutto la massa, da cui dipende

prevalentemente lo sviluppo della stella. La condensazione delle polveri e dei gas

interstellari comporta la formazione di una nebulosa interstellare contenente

prevalentemente idrogeno (al 90%) l’elemento più leggero, elio e altri elementi più

pesanti in quantità minima.

ll graduale collasso della nube porta alla formazione dei globuli di Bok, densi

agglomerati di gas e polveri. Questi corpi celesti attraggono attraverso la forza di

gravità le polveri circostanti che muovendosi aumentano la loro energia cinetica che

viene poi convertita in energia termica a causa degli scontri con altre polveri e 11

agglomerati. I globuli di Bok subiscono cosi un aumento di temperatura e diventano

delle protostelle, degli astri molto caldi ma non ancora chiamabili stelle; raggiunta

questa situazione possono seguire due percorsi diversi: se la massa della protostella è

minore di 0.08 masse solari il corpo non ha sufficiente energia per dare vita alle

reazioni nucleari e di conseguenza si trasforma in una nana bruna, altrimenti se la sua