Astronomia

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Disambiguation note.svg Desambiguação - Se você está procurando outros significados, consulteAstronomia (desambiguação) .

Astronomia é a ciência que trata da observação e explicação dos eventos celestes . Estuda as origens e a evolução, as propriedades físicas , químicas e temporais dos objetos que formam o universo e que podem ser observados na esfera celeste .

É uma das ciências mais antigas e muitas civilizações arcaicas ao redor do mundo estudaram o céu e os eventos astronômicos de uma forma mais ou menos sistemática: egípcios e gregos no Mediterrâneo , babilônios , indianos e chineses no Oriente e finalmente os maias e os Incas nas Américas . Esses antigos estudos astronômicos eram orientados para o estudo das posições das estrelas ( astrometria ), a periodicidade dos eventos e a cosmologia e, portanto, em particular neste último aspecto, a astronomia antiga está quase sempre fortemente ligada a aspectos religiosos . No século XXI, entretanto, a pesquisa astronômica moderna é praticamente sinônimo de astrofísica .

Astronomia não deve ser confundida com astrologia , uma pseudociência que afirma que os movimentos aparentes do Sol e dos planetas no zodíaco de alguma forma influenciam os eventos humanos, pessoais e coletivos. Embora as duas disciplinas tenham uma origem comum, são totalmente diferentes: os astrônomos abraçaram o método científico desde a época de Galileu , ao contrário dos astrólogos.

A astronomia é uma das poucas ciências em que o trabalho de pesquisa do amador e do amador (o astrônomo amador) pode desempenhar um papel relevante, fornecendo dados sobre estrelas variáveis ou descobrindo cometas , noves , supernovas , asteróides ou outros objetos.

Etimologia

Etimologicamente, a palavra "astronomia" vem do latim astronomĭa , que por sua vez vem do grego ἀστρονομία ('astronomia' composta de ἄστρον 'astron' "estrela" e νόμος 'nomos' "lei, norma"). [1] A maioria das ciências usa o sufixo grego λογία ('logia' 'tratado, estudo'), como cosmologia e biologia . Na verdade, "astronomia" poderia ter levado o nome de astrologia , mas essa denominação foi atribuída ao que é considerado uma pseudociência , mas que na crença de muitos povos se destinava a prever o futuro através do estudo do céu [2] . Embora ambos compartilhem uma origem comum, eles são muito diferentes: enquanto a astronomia é uma ciência que aplica o método científico , a astrologia moderna é uma pseudociência que segue um sistema de crenças sem fundamento.

Uso dos termos "astronomia" e "astrofísica"

Fotografia tirada pelo HST em janeiro de 2002 , representando nuvens de gás em torno de uma estrela variável. ( V838 Monocerotis )

Geralmente, os termos "astronomia" ou " astrofísica " podem ser usados ​​para se referir ao mesmo assunto. [3] [4] [5] De acordo com as definições do dicionário, o termo "astronomia" refere-se ao "estudo da matéria e objetos fora da atmosfera da Terra e suas propriedades físicas e químicas" [6] enquanto a "astrofísica" se refere a o ramo da astronomia que lida com "o comportamento, propriedades físicas e processos dinâmicos de objetos celestes e outros fenômenos". [7] Em alguns casos, como na introdução ao tratado Universe Body (The Physical Universe) por Frank Shu , somos informados de que '"astronomia" pode ser usada para descrever o estudo qualitativo do assunto, onde a' 'Astrofísica "é usado para descrever a versão orientada para a física. [8] No entanto, uma vez que as pesquisas astronômicas mais modernas tratam de assuntos relacionados à física, a astronomia moderna poderia ser chamada de astrofísica. Vários departamentos que pesquisam este assunto podem usar "astronomia" e "astrofísica" dependendo se o departamento está historicamente associado a um departamento de física, [4] e muitos astrônomos profissionais são formados em física. [5] Uma das principais revistas científicas na área é chamada Astronomy and Astrophysics .

História

Ícone da lupa mgx2.svg O mesmo tópico em detalhes: História da Astronomia , Arqueoastronomia , Astronomia Grega e Orientação Astronômica na Navegação na Idade Clássica .
Urânia, a musa grega, patrona da astronomia e das ciências naturais
Astrônomos estudando um eclipse , pintura sobre tela, de Antoine Caron de 1571 .

No início de sua história, a astronomia preocupava-se apenas com a observação e predição dos movimentos dos objetos celestes que podiam ser observados a olho nu pelo homem e sua origem. Em alguns lugares, as primeiras civilizações construíram enormes artefatos que provavelmente teriam propósitos astronômicos, além de serem usados ​​para propósitos cerimoniais. Esses observatórios podem ter sido usados ​​para determinar as estações do ano , fator indispensável para a organização da vida social e agrícola , bem como para a compreensão da duração do ano . [9]

Antes da invenção do telescópio, os primeiros estudos de estrelas eram realizados a olho nu , assim como as civilizações que viviam na Mesopotâmia , Grécia , Pérsia , Índia , China , Egito e América Central em particular, que construíram observatórios astrônomos começando a explorar o natureza do universo. Na verdade, a astronomia daquela época consistia principalmente em mapear a posição de estrelas e planetas, ciência que se chama astrometria . A partir dessas observações, formaram-se as primeiras teorias sobre os movimentos dos planetas e a natureza do Sol, da Lua e da Terra, que inicialmente se pensava estar no centro do universo. Essa concepção do universo era conhecida como sistema geocêntrico , ou sistema ptolomaico, em homenagem ao astrônomo grego Cláudio Ptolomeu . [10]

De particular importância foi a aplicação da matemática à astronomia, que começou com os babilônios , que fundaram a base para tradições subsequentemente adotadas por outras civilizações, [11] descobrindo, entre outras coisas, que os eclipses lunares ocorriam de acordo com um conhecido ciclo repetitivo como o saros , [12] enquanto a melhoria do calendário se deve à astronomia egípcia .

Um relógio de sol equatorial grego em Alexandria, no Oxus .

Depois dos babilônios, avanços astronômicos significativos ocorreram na Grécia e no mundo helenístico , com a astronomia grega procurando uma explicação física racional para os fenômenos celestes. [13] No século III aC , Aristarco de Samos estimou o tamanho e a distância da Lua e do Sol, e foi o primeiro a propor um modelo heliocêntrico do sistema solar , [14] enquanto no século II aC , Hiparco descobriu a precessão dos equinócios , calculou o tamanho e a distância da Lua e inventou um dos primeiros instrumentos astronômicos, o astrolábio . [15] Hiparco também criou um catálogo completo de 1020 estrelas, e a maioria das constelações do hemisfério norte foram definidas pela astronomia grega. [16] A máquina de Antikythera (c. 150-80 aC) era um computador mecânico projetado para saber a posição do Sol, da Lua e dos planetas em uma determinada data. Artefatos dessa complexidade não serão vistos novamente até o século 14 , quando os relógios astronômicos mecânicos apareceram na Europa . [17]

Um dos primeiros manuscritos astronômicos, por volta do ano 1000.

A astronomia, principalmente estagnada na Europa medieval , floresceu no mundo islâmico e em outros lugares, levando ao nascimento dos primeiros observatórios astronômicos entre os povos muçulmanos, a partir do século IX . [18] [19] [20]
Em 964 , o astrônomo persa Azophi descreveu pela primeira vez a Galáxia de Andrômeda , a maior galáxia do Grupo Local , em seu Livro das Estrelas Fixas . [21] Supernova SN 1006 , o objeto estelar mais brilhante da história, foi estudado pelo astrônomo árabe egípcio Ali ibn Ridwan e astrônomos chineses em 1006 . Alguns astrônomos islâmicos que fizeram contribuições significativas para a astronomia foram Al-Battani , Thebit , Azophi , Albumasar , Biruni , Arzachel , Al-Birjandi e os astrônomos dos observatórios de Maragheh e Samarkand . Os astrônomos daquele período deram muitos nomes árabes tradicionais às estrelas, que ainda estão em uso; [22] [23] acredita-se que as ruínas do Grande Zimbábue e Timbuktu [24] podem ter abrigado um observatório astronômico. [25] Até recentemente, no entanto, na Europa pensava-se que não havia observações astronômicas na era pré-colonial na África Subsaariana . [26] [27] [28] [29]

A Igreja Católica Romana deu apoio financeiro e social ao estudo da astronomia durante mais de seis séculos, tendo como principal motivação encontrar a data da Páscoa . [30]

Revolução astronômica

Ícone da lupa mgx2.svg O mesmo tópico em detalhes: Revolução Astronômica .
Os desenhos de Galileu de suas observações da Lua , que revelaram que sua superfície era montanhosa.

Durante o Renascimento começou a virada conhecida como revolução astronômica , a partir da obra de Niccolò Copernico , defensor do sistema heliocêntrico , embora não tenha sido o primeiro a propor um modelo com o Sol no centro, mas certamente o primeiro a argumentar em uma teoria científica. Seu trabalho foi defendido, desenvolvido e corrigido por Galileo Galilei e Kepler . Este último foi o primeiro astrônomo a fornecer leis que descreviam corretamente os detalhes do movimento dos planetas ao redor do Sol , mesmo que ele não entendesse as causas físicas de suas descobertas, [31] posteriormente esclarecidas por Newton que elaborou os princípios do celestial mecânica e a lei da gravitação universal , eliminando completamente a distinção entre fenômenos terrestres e celestes. Entre outras coisas, Newton também inventou o telescópio refletor . [32]

O astrônomo britânico John Flamsteed catalogou mais de 3.000 estrelas, [33] enquanto outras descobertas se seguiram com melhorias na qualidade dos telescópios. Catálogos de estrelas maiores foram compilados por Lacaille e William Herschel , que compilou um catálogo detalhado de nebulosas e aglomerados antes de descobrir o planeta Urano em 1781. [34] A primeira estimativa da distância de uma estrela veio em 1838, quando Friedrich Bessel mediu a paralaxe de 61 Cygni . [35]

Durante os séculos XVIII e XIX , o estudo do problema dos três corpos de Euler , Clairaut e D'Alembert levou à obtenção de previsões mais precisas sobre os movimentos da Lua e dos planetas, e este estudo foi posteriormente aperfeiçoado por Lagrange e Laplace , permitindo para obter as massas dos planetas e da Lua a partir das perturbações que eles exerceram. [36]

Avanços significativos na astronomia ocorreram com a introdução de novas tecnologias, como espectroscopia e astrofotografia . As estrelas foram consideradas objetos muito distantes e mostraram-se semelhantes ao Sol , mas diferentes em massa , temperatura e tamanho. Com o advento da espectroscopia foi de fato possível estudar a natureza física das estrelas, o que levou à astrofísica , ou física aplicada ao estudo dos corpos celestes. Fraunhofer descobriu cerca de 600 linhas no espectro do Sol em 1814-1815, atribuíveis a diferentes elementos químicos, como mais tarde, em 1859, descreveu o físico alemão Kirchhoff . [37]

A existência de nossa galáxia , a Via Láctea , e o entendimento de que se tratava de um aglomerado de estrelas isolado em relação ao restante do Universo, foi comprovada apenas no século XX , juntamente com a descoberta da existência de outras galáxias. Muito em breve, graças ao uso da espectroscopia, percebeu-se que muitos objetos apresentavam desvio para o vermelho , ou seja, um desvio do espectro para o vermelho em relação ao que era esperado. Isso era explicável apenas com o efeito Doppler , que foi interpretado como uma diferença no movimento negativo, ou seja, uma distância do nosso planeta. A teoria da expansão do Universo foi então formulada. [38] A astronomia teórica levou a especulações sobre a existência de objetos como buracos negros e estrelas de nêutrons , que foram usados ​​para explicar alguns fenômenos observados, como quasares , pulsares , blazares e galáxias de rádio .

A cosmologia, disciplina que tem grandes campos em comum com a astronomia, deu grandes passos no século 20, com o modelo do Big Bang , apoiada em evidências experimentais fornecidas pela astronomia e pela física, como a existência e as propriedades da radiação cósmica de fundo , de Hubble Lei e o estudo da abundância cosmológica dos elementos químicos . Os telescópios espaciais tornaram possível observar partes do espectro eletromagnético normalmente bloqueadas ou parcialmente protegidas pela atmosfera terrestre.

Astronomia observacional

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Ilustração logarítmica do universo observável . Os principais objetos celestes observados pela astronomia são rotulados.

Em astronomia, o principal método de obtenção de informações requer a detecção e análise da radiação eletromagnética . Uma divisão tradicional da astronomia é dada seguindo as diferentes regiões do espectro eletromagnético que são observadas. Algumas partes do espectro podem ser observadas da superfície da Terra, enquanto outras partes são observáveis ​​apenas em grandes altitudes ou fora da atmosfera terrestre , como a análise da Terra de diferentes tipos de radiação (infravermelho, raios X, raios gama, etc.) é penalizado pela absorção atmosférica. Porém, mesmo no vácuo é difícil separar o sinal do "ruído de fundo", ou seja, da enorme emissão infravermelha produzida pela Terra ou pelos próprios instrumentos. Qualquer objeto acima do zero absoluto (0 K, -273,15 ° C) emite sinais eletromagnéticos e, portanto, tudo que circunda os instrumentos produz radiação de fundo. Fazer a termografia de um corpo celeste sem saber a temperatura na qual o instrumento está localizado é muito difícil: além de usar filmes fotográficos especiais, os instrumentos são continuamente refrigerados criogenicamente com hélio e hidrogênio líquidos.

Astrometria e mecânica celeste

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A Ursa Maior é uma constelação tradicionalmente usada como ponto de referência celestial para a orientação marítima e terrestre.

Um dos ramos mais antigos da astronomia, e de todas as ciências, é a medição das posições de objetos celestes no céu. Historicamente, o conhecimento preciso das posições do Sol , da Lua , dos planetas e das estrelas tem sido essencial na navegação astronômica (o uso de objetos celestes como um guia para a navegação) e na confecção de calendários .

A medição precisa das posições dos planetas levou a uma compreensão notável das perturbações gravitacionais, e a capacidade de determinar as posições passadas e futuras dos planetas com grande precisão levou ao nascimento do ramo conhecido como mecânica celeste . Nas últimas décadas, o monitoramento de objetos próximos à Terra tornou possível prever cada vez mais meticulosamente encontros próximos ou possíveis colisões com objetos como asteróides ou cometas. [39]

A medição da paralaxe estelar de estrelas próximas fornece uma base fundamental para definir a escala das distâncias cósmicas e é usada para medir a escala de todo o Universo. O estudo de estrelas próximas também fornece uma base para estudar as propriedades físicas de estrelas distantes, tornando possíveis comparações entre objetos muito distantes. As medições da velocidade radial e do movimento adequado das estrelas permitem aos astrônomos rastrear o movimento desses sistemas na Via Láctea . Os dados astrométricos também são usados ​​para calcular a distribuição da matéria escura que se pensa existir na Galáxia. [40]

Na década de 1990, o uso da espectroscopia Doppler para medir a velocidade radial de estrelas próximas foi usado para detectar grandes exoplanetas orbitando algumas delas. [41]

Astronomia ótica

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O Galaxy M87 emite sinais eletromagnéticos em todos os espectros conhecidos.

O telescópio foi o primeiro instrumento de observação do céu. Embora sua invenção seja atribuída a Hans Lippershey , o primeiro a usá-lo para uso astronômico foi Galileo Galilei , que decidiu construir um ele mesmo. Desde então, os avanços tecnológicos deste instrumento têm sido contínuos, graças sobretudo ao aprimoramento da ótica e dos sistemas de mira.

O maior é aquele composto por quatro espelhos de 8,2 metros de diâmetro no Observatório Europeu do Sul (ESO), que juntos formam o Very Large Telescope (VLT)

Radioastronomia

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A radioastronomia se baseia na observação de objetos celestes por meio de radiotelescópios, antenas parabolóides que coletam e registram ondas de rádio em um comprimento de onda superior a 1 milímetro . [42]

Radioastronomia permitiu um aumento importante no conhecimento astronômico, com a descoberta de muitas classes de novos objetos, incluindo os pulsares , quasares , galáxias ativas , rádio galáxias e blazars . [42] Isso se deve ao fato de que a radiação eletromagnética torna possível "ver" objetos que não podem ser detectados pela astronomia óptica. Esses objetos constituem alguns dos processos físicos mais extremos e energéticos do universo .

Este método de observação está em constante desenvolvimento e com potencial ainda inexplorado.

Diferença entre a luz visível e infravermelha do Sombrero Galaxy , ou Messier 104.

Astronomia infravermelha

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Grande parte da radiação vinda do espaço (localizada entre 1 e 1000 μm ) é absorvida pela atmosfera terrestre; para esse propósito, os telescópios infravermelhos de hoje são construídos em montanhas muito altas ou posicionados em aviões especiais e também em satélites lançados em órbita ao redor da Terra. A detecção e o estudo da radiação infravermelha são particularmente úteis para objetos que são muito frios para irradiar luz visível, como planetas, discos circunstelares ou nebulosas cuja luz é bloqueada por poeira escura. Em comprimentos de onda infravermelhos, é possível detectar proto-estrelas dentro de nuvens moleculares ou núcleos galácticos . [43] [44] Algumas moléculas irradiam fortemente no infravermelho e podem ser detectadas estudando esta banda, como a água em cometas [45] .

Astronomia ultravioleta

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Imagem que oferece uma observação ultravioleta dos anéis de Saturno . Imagem obtida da sonda Cassini-Huygens .

A astronomia ultravioleta baseia sua atividade na detecção e estudo da radiação ultravioleta no comprimento de onda entre 10 e 320 nm . [42] Este campo de estudo cobre todos os campos da astronomia; as observações feitas usando este método são muito precisas e permitiram avanços significativos no que diz respeito à descoberta da composição do meio interestelar e intergaláctico , o entorno das estrelas , a evolução e interações em sistemas de estrelas duplas e as propriedades físicas de quasares e outras estrelas ativas sistemas . Em observações feitas com o satélite artificial International Ultraviolet Explorer , os cientistas descobriram que a Via Láctea está envolvida por uma aura de gás de alta temperatura. Com este sistema também foi medido o espectro ultravioleta de uma supernova que nasceu na Grande Nuvem de Magalhães em 1987. Esta banda do espectro eletromagnético é normalmente usada para o estudo de estrelas azuis quentes, tipo O e B , para nebulosas planetárias e restos da supernova . [42]

Astronomia de raios-x

Ícone da lupa mgx2.svg O mesmo tópico em detalhes: astronomia de raios-X .

Acredita - se que as emissões de raios-X provêm de fontes que contêm matéria em temperaturas muito altas; frequentemente, as fontes apresentam emissões de gases com temperaturas da ordem de 10 milhões de kelvins . [42] A descoberta em 1962 da primeira fonte de raios-X do espaço se tornou uma surpresa. Esta fonte chamada Escorpião X-1 está localizada na constelação de Escorpião na direção do centro da Via Láctea . Por esta descoberta, Riccardo Giacconi recebeu o Prêmio Nobel de Física em 2002. [46] As fontes de raios-X podem ser X binários , pulsares , remanescentes de supernova , galáxias ativas , galáxias elípticas e aglomerados de galáxias . [42]

Astronomia de raios gama

Ícone da lupa mgx2.svg O mesmo tópico em detalhes: astronomia de raios gama .
O Observatório Espacial Swift é projetado especificamente para detectar radiação gama.

Os raios gama são radiações emitidas por objetos celestes envolvidos em processos de energia extremamente violentos. Algumas estrelas emitem rajadas de raios gama , considerados os fenômenos físicos mais brilhantes do universo, produzindo uma enorme quantidade de energia em um tempo relativamente curto, que pode durar de alguns milissegundos a algumas horas. Aqueles que duram mais de dois segundos são freqüentemente causados ​​por explosões de supernovas , estrelas de nêutrons , buracos negros e galáxias ativas; [42] o estudo neste comprimento de onda é usado para a detecção da radiação cósmica de fundo e para esclarecer a origem do Big Bang . [47]

Outros campos de estudo

Ícone da lupa mgx2.svg O mesmo tópico em detalhes: Astronomia de neutrinos eAstronomia de ondas gravitacionais .
Na imagem, o restante em expansão do SN 1987A , uma grande fonte de neutrinos. NASA

Todas as disciplinas mencionadas acima são baseadas na detecção de fótons , mas também é possível obter informações por meio da detecção de raios cósmicos e neutrinos .

Na astronomia de neutrinos , estruturas subterrâneas protegidas são usadas para detectar neutrinos. A maioria dessas partículas detectadas vem do Sol, no entanto, algumas também foram detectadas no remanescente da supernova de SN 1987a , na Grande Nuvem de Magalhães . Os raios cósmicos , que consistem em partículas de alta energia, podem se decompor ou ser absorvidos ao entrar na atmosfera terrestre, resultando em uma cascata de partículas secundárias que podem ser detectadas por observadores. [48] Alguns detectores de neutrinos do futuro podem ser sensíveis às partículas produzidas quando os raios cósmicos atingem a atmosfera da Terra. [42]

A astronomia de ondas gravitacionais é um campo emergente da astronomia que emprega detectores de ondas gravitacionais para coletar dados sobre objetos massivos e distantes. Alguns observatórios específicos foram construídos, como o LIGO (Laser Interferometer Gravitational Observatory), que em 14 de setembro de 2015 observou ondas gravitacionais de um buraco negro binário . [49] Ondas gravitacionais subsequentes foram detectadas em 26 de dezembro de 2015 e 4 de janeiro de 2017 [50] e outras deverão ser detectadas no futuro, apesar da extrema sensibilidade exigida dos instrumentos para este tipo de observação. [51] [52]

Subdisciplinas

Considerando a diversidade de objetos e fenômenos celestes no universo, os astrônomos profissionais se especializam no estudo de disciplinas astronômicas específicas, e um astrônomo dificilmente pode lidar com mais de uma dessas subdisciplinas.

Astronomia solar

Uma imagem ultravioleta da fotosfera solar obtida pelo telescópio espacial TRACE . Foto NASA

A estrela mais estudada é o Sol, a estrela-mãe do sistema solar , localizada a uma distância de apenas 8 minutos-luz . O Sol é uma estrela típica da seqüência principal G2 V (também chamada de anã amarela ), com aproximadamente 4,6 bilhões de anos. Embora não seja considerada uma estrela variável , ela também sofre variações periódicas em sua atividade: este é o ciclo de onze anos de atividade solar , durante o qual as manchas solares , regiões com temperaturas abaixo da média e associadas à atividade magnética, variam em número . [53]

O brilho do Sol está aumentando constantemente; da quando divenne una stella di sequenza principale la sua luminosità è aumentata del 40%, e nel corso della sua storia ha subito variazioni periodiche di luminosità che possono aver avuto un impatto significativo sulla Terra. [54] Il minimo di Maunder , per esempio, si pensa che abbia causato il fenomeno della piccola era glaciale durante il Medioevo . [55]

La superficie esterna visibile del Sole è chiamata fotosfera , sopra alla quale è presente una sottile regione nota come cromosfera , la quale è circondata da una regione di transizione caratterizzata da un rapido aumento delle temperature, fino ad arrivare alla caldissima corona . Al centro del Sole si trova il nucleo , nel quale temperatura e pressione sono sufficientemente alte per consentire la fusione nucleare . Al di sopra del nucleo vi è la zona radiativa , dove il plasma convoglia il flusso di energia tramite l' irraggiamento , e sopra ad esso vi è la zona convettiva , dove l'energia viene invece espulsa verso l'esterno con lo spostamento fisico della materia. Si ritiene che sia il movimento della materia all'interno della zona di convezione a creare l'attività magnetica che genera le macchie solari. [53]

Il vento solare , costituito da flussi di particelle di plasma, viene irradiato costantemente verso l'esterno del sistema solare, fino a quando, al limite più esterno, raggiunge l' eliopausa . Quando il vento solare arriva nei pressi della Terra, interagisce con il campo magnetico terrestre e ne viene deviato, tuttavia alcune particelle vengono intrappolate creando le fasce di Van Allen che avvolgono la Terra. Le aurore polari si generano quando le particelle del vento solare sono spinte dal flusso magnetico verso i poli magnetici terrestri, dove interagiscono con la ionosfera . [56]

Scienza planetaria

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Planetologia .
Immagine multispettrale ad alta risoluzione di Plutone con i colori risaltati per mostrare le differenze di composizione della superficie. L'immagine è stata scatta dal telescopio Ralph montato a bordo della sonda New Horizons .

La scienza planetaria, o planetologia, è lo studio delle proprietà fisiche di pianeti , satelliti , pianeti nani , comete , asteroidi e altri corpi in orbita attorno al Sole, così come dei pianeti extrasolari . Il sistema solare è stato relativamente ben studiato, inizialmente tramite i telescopi e successivamente dai veicoli spaziali. Questo ha fornito una buona comprensione della formazione e dell'evoluzione del sistema solare, anche se avvengono continuamente nuove scoperte. [57]

La formazione di un pianeta in un'animazione.

Il sistema solare è suddiviso in pianeti interni , la fascia degli asteroidi e pianeti esterni . I pianeti terrestri interni sono Mercurio , Venere , la Terra e Marte , mentre i pianeti esterni giganti gassosi sono Giove , Saturno , Urano e Nettuno . [58] Al di là di Nettuno si trova la fascia di Kuiper , e infine, la nube di Oort , che può estendersi fino a un anno luce. I pianeti si sono formati 4,6 miliardi di anni fa nel disco protoplanetario che circondava il neonato Sole, attraverso un processo che ha portato, col tempo, alla nascita dei protopianeti . Solo i pianeti con massa sufficiente hanno mantenuto la loro atmosfera gassosa. [59]

Una volta che un pianeta raggiunge una massa sufficiente, i materiali di diversa densità vengono segregati all'interno, durante il processo che porta alla differenziazione planetaria , e che può formare un nucleo roccioso o metallico, circondato da un mantello e una crosta esterna . Il nucleo può includere regioni di materia solida e liquida, e alcuni nuclei planetari possono essere in grado generare il proprio campo magnetico , in grado di proteggere le loro atmosfere dal vento solare, come avvenuto per la Terra. [60]

Il calore interno di un corpo planetario viene prodotto dalle collisioni che lo hanno creato, oppure dal decadimento di materiali radioattivi (ad esempio uranio ), o dal riscaldamento mareale causato da interazioni con altri corpi. Alcuni pianeti e satelliti accumulano sufficiente calore per generare processi geologici come il vulcanismo e la tettonica a placche . Quelli che mantengono un'atmosfera possono anche subire l' erosione della superficie causata da vento o acqua. I corpi più piccoli, senza riscaldamento mareale, si raffreddano più velocemente; e la loro attività geologica cessa completamente, con l'eccezione della craterizzazione causata da impatti .[61]

Astronomia stellare

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Astronomia stellare e Stella .
Immagine della Nebulosa Formica , che mostra dei lobi simmetrici causati dall'esplosione della stella centrale, a differenza di altri casi dove l'espulsione della materia di una supernova è avvenuta in modo caotico.

Lo studio delle stelle e della loro evoluzione è fondamentale per la nostra comprensione dell'Universo. L'astrofisica delle stelle è stata determinata attraverso osservazioni e simulazioni teoriche. La formazione stellare si verifica nelle regioni dense di polvere e gas, note come nubi molecolari giganti , che quando vengono destabilizzate possono collassare per gravità formando delle protostelle, all'interno delle quali, se i nuclei sono sufficientemente densi e caldi, si attiverà la fusione nucleare , creando così una stella di sequenza principale . [62]

Quasi tutti gli elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio sono stati creati all'interno dei nuclei delle stelle. Le caratteristiche della stella risultante dipendono principalmente dalla sua massa iniziale: più massiccia è la stella, maggiore sarà la sua luminosità, e più rapidamente terminerà la riserva di idrogeno interno da trasformare in elio . Nel corso del tempo, quando l'idrogeno si è completamente trasformato in elio, la stella inizia ad evolversi, poiché la fusione dell'elio richiede una temperatura interna superiore. Una stella con una temperatura interna sufficientemente alta spingerà verso la superficie i suoi strati esterni, aumentando la densità del nucleo. La gigante rossa risultante formata dagli strati esterni in espansione avrà vita breve, prima che anche l'elio venga totalmente consumato. Le stelle molto massicce possono avere diverse fasi evolutive, fondendo via via elementi sempre più pesanti. [63]

Il destino finale della stella dipende dalla sua massa; nelle stelle di massa superiore a circa otto volte il Sole avviene il collasso del nucleo che porta all'esplosione della stella morente in supernova , mentre le stelle più piccole espellono i loro strati esterni lasciando come residuo una inerte e densa nana bianca , con gli strati espulsi che formano una nebulosa planetaria . I resti delle supernove sono invece le stelle di neutroni , ancora più dense delle nane bianche, oppure, in caso di stelle particolarmente massicce, dei buchi neri . [63] Stelle di sistemi binari possono seguire percorsi evolutivi più complessi, come il trasferimento di massa verso compagne nane bianche che possono portare anch'essi all'esplosione in supernove. Le nebulose planetarie e le supernove arricchiscono il mezzo interstellare dei " metalli " prodotti dalla stella durante la sua esistenza; senza di esse, tutte le nuove stelle (ei loro sistemi planetari) sarebbero formate solo da idrogeno ed elio. [64] Per questo motivo le vecchie stelle che si sono formate agli albori dell'universo sono solitamente povere di metalli, al contrario di stelle formatesi in tempi successivi.

Astronomia galattica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Astronomia galattica .
La struttura dei bracci a spirale della Via Lattea .

Il nostro sistema solare orbita all'interno della Via Lattea , una galassia a spirale barrata importante membro del Gruppo Locale di galassie. Si tratta di una massa rotante di gas, polvere, stelle e altri oggetti, tenuta assieme dalla reciproca attrazione gravitazionale. Ampie porzioni della Via Lattea che sono oscurate alla vista, e la stessa Terra si trovano in uno dei bracci densi di polvere che la costituiscono.

Nel centro della Via Lattea vi è il nucleo, un rigonfiamento a forma di barra nel quale si trova il buco nero supermassiccio Sagittarius A* . Il nucleo è circondato da quattro bracci a spirale principali, regioni ad alta formazione stellare e di conseguenza ricca di giovani stelle di popolazione I . Il disco galattico è circondato da un alone popolato da stelle più vecchie e da dense concentrazioni di stelle conosciute come ammassi globulari . [65]

Tra le stelle si trova il mezzo interstellare e nelle regioni più dense, nubi molecolari di idrogeno e altri elementi creano regioni di intensa formazione stellare; quando si formano stelle massicce, trasformano la nube in una regione H II (idrogeno ionizzato) illuminando il gas e il plasma presenti. I venti stellari e le esplosioni di supernove di queste stelle possono causare la dispersione della nube, formando uno o più giovani ammassi aperti di stelle. [66]

Studi cinematici sulla Via Lattea e altre galassie hanno dimostrato che vi è una considerevole quantità di materia oscura che predomina sulla materia visibile ei cui effetti gravitazionali sono evidenti, anche se la natura di questa materia resta ancora poco conosciuta. [67]

Astronomia extragalattica

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Astronomia extragalattica .
Immagine che mostra un chiaro effetto di lente gravitazionale : gli oggetti blu a forma di anello sono più immagini della stessa galassia, duplicati dal campo gravitazionale dell' ammasso di galassie di colore giallo posto al centro dell'immagine, che si trova più vicino a noi

Lo studio degli oggetti al di fuori della nostra galassia è una branca dell'astronomia che si occupa della formazione ed evoluzione delle galassie , della loro morfologia e classificazione , dell'osservazione delle galassie attive , e dei gruppi e ammassi di galassie ; inoltre è importante per la comprensione della struttura su larga scala del cosmo .

La maggior parte delle galassie sono classificate secondo la loro forma in tre classi distinte: a spirale , ellittiche e irregolari , a loro volta divise in sottoclassi. [68] Come suggerisce il nome, una galassia ellittica ha la forma di un' ellisse e le stelle al suo interno si muovono lungo orbite casuali senza una direzione preferenziale. Queste galassie contengono poca polvere interstellare e poche regioni di formazione stellare, e sono quindi composte da stelle relativamente vecchie. Si trovano generalmente al centro di ammassi di galassie, e si pensa che si siano formate da fusioni di grandi galassie.

Una galassia a spirale ha la forma di un disco rotante, solitamente rigonfio al centro, con bracci luminosi a spirale che si snodano verso l'esterno. Le braccia sono generalmente regioni di formazione stellare dove giovani e calde stelle massicce contribuiscono a dare ai bracci un colore azzurrognolo. In genere sono circondati da un alone di stelle più vecchie. Sia la Via Lattea che una delle nostre più importanti vicine, la Galassia di Andromeda , sono galassie a spirale.

Le galassie irregolari sono in apparenza caotiche, senza nessuna somiglianza con quelle ellittiche oa spirale. Sono circa un quarto di tutte le galassie presenti nell'universo e quelle di forma peculiare sono probabilmente il risultato di qualche interazione gravitazionale .

Una galassia attiva è una galassia che emette, soprattutto dal suo nucleo, una notevole quantità di energia non generata da stelle, polveri e gas, ma probabilmente da materiale in caduta verso un buco nero supermassiccio posto nel centro.

Una radiogalassia è una galassia molto luminosa nella banda dello spettro delle onde radio , che spesso emette grandi pennacchi e lobi di gas. Le galassie attive che emettono radiazioni ad alta energia a frequenze più brevi sono le galassie di Seyfert , i quasar , ei blazar . I quasar sono ritenuti essere gli oggetti più luminosi dell'universo conosciuto. [69] Su più larga scala gruppi e ammassi di galassie costituiscono i superammassi, che a loro volta costituiscono dei complessi di superammassi, legati tra loro da filamenti , che connettono queste strutture separate tra loro da grandi spazi vuoti. [70]

Cosmologia

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Cosmologia (astronomia) .
Il campo ultra profondo di Hubble è un'immagine ad altissima risoluzione realizzata con centinaia di esposizioni del telescopio spaziale Hubble. Si stima che in questa immagine siano presenti oltre 10 000 galassie, le più vecchie delle quali viste com'erano 13 miliardi di anni fa, poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang .
Homo SapiensEsplosione cambrianaRiproduzione sessuataVita pluricellulareOssigenoFotosintesiOrganismo unicellulareAcquaSistema solareNGC 188Universo in accelerazioneVia LatteaGalassia di AndromedaOmega CentauriEspansione metrica dello spazioGN-z11Gravità

Scala in miliardi di anni

La cosmologia è la scienza che studia l'Universo nel suo complesso. Le osservazioni della struttura su larga scala dell'Universo, un ramo noto come cosmologia fisica, hanno fornito una profonda comprensione della formazione ed evoluzione del cosmo. Fondamentale per la cosmologia moderna è la teoria ben accettata del Big Bang , che prevede che il nostro Universo si sia formato da un'unica singolarità gravitazionale nel tempo e nello spazio, e si sia espanso nel corso dei successivi 13,8 miliardi di anni, arrivando alle condizioni attuali. [71] Il concetto del Big Bang nacque quando si scoprì la radiazione di fondo nel 1965. [72]

Nel corso di questa espansione, l'Universo ha subito diverse fasi evolutive. Si pensa che nei primissimi momenti l'Universo abbia subito un processo di inflazione cosmica molto rapida, che omogeneizzò le condizioni di partenza e che successivamente la nucleosintesi abbia prodotto l'abbondanza degli elementi primordiali. [72] Quando i primi atomi stabili si formarono, lo spazio divenne trasparente alla radiazione, rilasciando l'energia vista come radiazione di fondo a microonde. L'Universo in espansione passò poi per un'età oscura a causa della mancanza di fonti energetiche stellari. [73]

Da piccole variazioni (o increspature) nella densità della materia nello spazio iniziarono a formarsi le prime strutture: la materia accumulata nelle regioni più dense formò nubi di gas e nacquero le prime stelle, la popolazione III . Queste stelle massicce innescarono il processo di reionizzazione creando molti degli elementi pesanti nell'universo primordiale, che, attraverso il decadimento nucleare, crearono elementi più leggeri, permettendo alla nucleosintesi di continuare più a lungo. [74]

Poco a poco, le strutture di gas e polveri si fusero per formare le prime galassie, e nel corso del tempo, queste si raggrupparono in ammassi di galassie , e poi in superammassi . [75] Fondamentale per la struttura dell'Universo è l'esistenza della materia oscura e dell' energia oscura , che si pensa siano i componenti dominanti dell'universo, formando il 96% della massa totale. Per questo motivo, numerosi sforzi sono stati fatti nel tentativo di comprendere la fisica di questi componenti. [76]

Studi interdisciplinari

Vi sono altre discipline, inoltre, che, sebbene non possano essere considerate branche dell'astronomia, si interessano di argomenti fortemente correlati con essa. Queste sono:

  • Archeoastronomia - lo studio delle conoscenze astronomiche dei popoli antichi e degli orientamenti architettonici. È studiata da storici, archeologi ed etnologi, oltre che da astronomi, utilizzando evidenze archeologiche e antropologiche ; [77]
  • Astrobiologia - scienza che si occupa dell'origine, dell'evoluzione, della distribuzione e del futuro della vita al di fuori della Terra sia della vita dell'essere umano che della vita extraterrestre . [78] Affronta in particolar modo la questione sulla possibile diffusione di altre forme di vita su altri pianeti e di come fare per rilevarle, cercando di risolvere le due opposte ipotesi della rarità della Terra e del principio copernicano . Esobiologia è quasi un sinonimo, tuttavia essa si occupa specificatamente di ambienti extraterrestri e dei loro effetti sulla vita biologica; [79]
  • Astrochimica - lo studio della chimica del mezzo interstellare, in particolare delle nubi molecolari di gas; [80]
  • 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 - Coniata dal termine " aeronautica " si occupa nella costruzione di strumenti utili nell'osservazione, come ad esempio i satelliti , e nell'esplorazione del Cosmo [81] .
  • Astronomia 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 digitale - branca dell'astronomia che studia i metodi, i software e gli strumenti per l'ottenimento di immagini digitali.
  • Fisica astroparticellare - Utilizza conoscenze e metodi di fisica delle particelle (detta anche fisica delle alte energie ) per studiare fenomeni celesti estremamente energetici o, viceversa, utilizza la volta celeste ed i fenomeni estremamente energetici che vi si verificano come luogo privilegiato di osservazione per ottenere risultati sul Modello Standard e sulle sue eventuali estensioni.

Astronomia amatoriale

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Astronomia amatoriale .
Gli astrofili possono costruirsi la propria attrezzatura e organizzano spesso riunioni e convegni a tema astronomico, come Stellafane.

L'astronomia è una di quelle scienze alla quale i dilettanti possono contribuire maggiormente. Gli astrofili osservano una varietà di oggetti celesti e fenomeni con apparecchiature talvolta costruite da loro stessi. Obiettivi comuni per gli astrofili sono la Luna, i pianeti, le stelle, le comete, gli sciami meteorici , e una varietà di oggetti del cielo profondo, come ammassi stellari, galassie e nebulose.

Associazioni e circoli astronomici si trovano in tutto il mondo ei loro membri svolgono solitamente programmi di osservazione di diversi oggetti celesti, come quelli del Catalogo di Messier (110 oggetti) o del catalogo Herschel 400 o altre categorie particolari di oggetti. Un ramo dell'astronomia amatoriale è l' astrofotografia amatoriale, che prevede l'acquisizione di foto del cielo notturno. Molti dilettanti si specializzano nell'osservazione di una certa categoria di oggetti o eventi che più gli interessano. [82] [83]

La maggior parte dilettanti lavora nelle lunghezze d'onda visibili , tuttavia una piccola parte si dedica anche ad osservazioni al di fuori dello spettro visibile, ad esempio mediante l'uso di filtri infrarossi su telescopi convenzionali, e talvolta anche con l'uso di radiotelescopi, come il pioniere della radioastronomia amatoriale, Karl Jansky , che iniziò a osservare il cielo alle lunghezze delle onde radio nel 1930. Un certo numero di astrofili utilizza telescopi fatti in casa oppure radiotelescopi originariamente costruiti per la ricerca astronomica, ma che sono in seguito divenuti disponibili per i dilettanti (come l' One-Mile Telescope ). [84] [85]

Gli astrofili continuano a dare contributi scientifici significativi in campo astronomico: in caso di occultazioni stellari da parte di pianeti minori possono effettuare misurazioni che possono aiutare ad affinare le orbite degli stessi pianetini. Gli astrofili possono scoprire nuove comete e supernove , [86] asteroidi e altri corpi minori del sistema solare, effettuare osservazioni regolari di stelle variabili per meglio definirne i picchi di luce alla massima e minima luminosità. I miglioramenti della tecnologia digitale hanno permesso ai dilettanti di fare notevoli progressi nel campo dell'astrofotografia, [87] [88] [89] inoltre, tramite il programma Planet Hunters che ha reso pubblici i dati del telescopio spaziale Kepler , nel 2012 è stato scoperto Kepler-64 b , il primo esopianeta scoperto da parte di astronomi dilettanti. [90]

Foto

Bianco e nero

Colorate

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Voci correlate

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