L'universo e le stelle

L'universo è l'immenso spazio che contiene tutto ciò che esiste: stelle, pianeti, galassie e anche il nostro pianeta Terra. In questa lezione scopriremo com'è fatto, come sono nate le stelle e perché di notte il cielo si riempie di puntini luminosi che da sempre incantano gli esseri umani.

Che cos'è l'universo

L'universo è tutto ciò che esiste: lo spazio, il tempo, la materia e l'energia che riempiono ogni angolo del cosmo. Quando alziamo gli occhi al cielo notturno e vediamo le stelle, stiamo guardando soltanto una piccolissima parte di questa immensità straordinaria. Gli scienziati pensano che l'universo sia nato circa tredici miliardi e ottocento milioni di anni fa con un evento chiamato Big Bang, un'enorme espansione iniziale. Da quel momento lo spazio continua ad allargarsi, un po' come la superficie di un palloncino che si gonfia trascinando con sé i puntini disegnati sopra. Capire questo concetto non è facile, perché siamo abituati a pensare a oggetti dentro a scatole, mentre l'universo non ha una scatola che lo contiene. È proprio questa caratteristica che lo rende affascinante e misterioso anche per gli scienziati più esperti del mondo.

Un primo esempio quotidiano lo abbiamo guardando una pentola di pop-corn che scoppia: i chicchi partono vicini e si allontanano sempre di più, come fanno le galassie nell'universo. Un secondo esempio: pensa a un dolce con le gocce di cioccolato che lievita in forno; mentre l'impasto cresce, le gocce si allontanano tra loro pur restando ferme nel pane.

Le stelle: piccoli soli lontani

Le stelle sembrano puntini, ma in realtà sono enormi sfere di gas caldissimo che producono luce e calore grazie alle reazioni che avvengono al loro interno. Il gas principale è l'idrogeno, che nel cuore della stella si trasforma in elio liberando una quantità incredibile di energia. Questa trasformazione si chiama fusione nucleare e funziona come una specie di motore che fa brillare la stella per miliardi di anni. Le stelle non sono tutte uguali: alcune sono piccole e rossastre, altre sono giganti azzurre molto più luminose. Anche il nostro Sole è una stella, di dimensioni medie, che ci sembra grande soltanto perché è vicinissima rispetto a tutte le altre. Le altre stelle che vediamo in cielo sono così lontane che la loro luce impiega anni, a volte secoli, per raggiungere i nostri occhi.

Un esempio concreto: la stella Sirio, una delle più brillanti del cielo invernale, manda la sua luce che arriva sulla Terra dopo circa otto anni e mezzo di viaggio. Un secondo esempio: una candela accesa vicino ti illumina il viso, ma se la mettessimo in cima a una montagna lontana sembrerebbe un puntino piccolissimo, proprio come accade alle stelle.

Il Sole e il Sistema Solare

Il Sole è la stella attorno alla quale ruotano otto pianeti, formando ciò che chiamiamo Sistema Solare, la nostra casa cosmica. I pianeti, in ordine di distanza dal Sole, sono Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno. I primi quattro sono rocciosi e relativamente piccoli, mentre gli ultimi quattro sono giganti formati soprattutto da gas e ghiacci. Oltre ai pianeti, attorno al Sole girano anche pianeti nani come Plutone, asteroidi, comete e moltissime polveri spaziali. Tutto questo movimento avviene perché il Sole, essendo enormemente massiccio, attira a sé gli altri corpi con la forza di gravità, come un'enorme calamita invisibile. Senza la luce e il calore del Sole, la vita sulla Terra non sarebbe possibile: piante, animali e persone dipendono ogni giorno da questa stella speciale.

Un esempio: pensa a un giocoliere che fa roteare delle palline attorno alla testa con un filo; il filo è come la gravità del Sole che tiene legati i pianeti. Un altro esempio quotidiano: quando fai girare un mazzo di chiavi attorno al dito tenendolo per il portachiavi, il dito è come il Sole e le chiavi come i pianeti che orbitano.

Le galassie e la Via Lattea

Le stelle non sono sparse a caso nell'universo, ma si raggruppano in immense famiglie chiamate galassie, ciascuna composta da miliardi di stelle. La nostra galassia si chiama Via Lattea e ha la forma di un grande disco a spirale con bracci che si avvolgono attorno a un centro luminoso. Il Sole, con tutto il Sistema Solare, si trova in uno di questi bracci, abbastanza lontano dal centro della galassia. Nell'universo esistono moltissime altre galassie, alcune a spirale come la nostra, altre a forma di ellisse oppure di nuvole irregolari. Le galassie sono così lontane tra loro che, se viaggiassimo alla velocità della luce, ci servirebbero milioni di anni per passare da una all'altra. In una notte molto buia e senza luci artificiali, possiamo vedere a occhio nudo la striscia chiara che attraversa il cielo: quella è proprio la nostra Via Lattea vista di taglio.

Un esempio: immagina di guardare un girotondo dall'alto, con tanti bambini che ruotano attorno a un cerchio centrale; questo è un po' il movimento dei bracci di una galassia. Un secondo esempio: quando mescoli il cacao nel latte con un cucchiaino, le righe scure formano una spirale simile a quella delle galassie a disco.

Le costellazioni: disegni nel cielo

Già migliaia di anni fa gli esseri umani osservavano il cielo e collegavano le stelle con linee immaginarie, creando figure chiamate costellazioni. Queste figure rappresentano animali, oggetti o personaggi della mitologia, come l'Orsa Maggiore, Orione, Cassiopea o il Leone. È importante sapere che le stelle di una costellazione non sono davvero vicine tra loro nello spazio: sembrano unite solo perché le vediamo proiettate sulla stessa zona di cielo. Le costellazioni sono state molto utili nella storia, perché aiutavano i marinai a orientarsi durante i lunghi viaggi in mare, prima dell'invenzione della bussola. Anche oggi gli astronomi usano le costellazioni come una mappa pratica per indicare in quale parte del cielo si trova una stella o un pianeta. Nell'emisfero nord, ad esempio, la Stella Polare indica sempre la direzione del Nord ed è facile trovarla partendo dall'Orsa Maggiore.

Un esempio: prova a guardare un mazzo di nuvole e immaginare animali o volti; allo stesso modo gli antichi guardavano le stelle e ci vedevano disegni familiari. Un altro esempio: quando giochi a unire i puntini su un foglio per ottenere un disegno, fai esattamente quello che facevano gli astronomi antichi con le stelle del cielo.

Vita e morte delle stelle

Anche le stelle, come tutte le cose, nascono, vivono e infine muoiono, anche se la loro vita dura milioni o miliardi di anni. Una stella nasce dentro a una grande nuvola di gas e polvere chiamata nebulosa, dove la gravità comprime la materia fino a farla brillare. Dopo la nascita, la stella vive a lungo bruciando il suo idrogeno e producendo luce in modo abbastanza stabile, come fa il nostro Sole oggi. Quando il combustibile finisce, la stella cambia: può gonfiarsi diventando una gigante rossa, oppure esplodere in modo spettacolare in un fenomeno chiamato supernova. Alla fine restano corpi piccoli e densi come le nane bianche, le stelle di neutroni o i misteriosi buchi neri, che attirano tutto ciò che si avvicina. Il Sole è oggi a metà della sua vita e continuerà a brillare ancora per circa cinque miliardi di anni prima di trasformarsi.

Un esempio: la fiamma di una candela si accende, brucia regolarmente e poi si spegne quando la cera finisce, proprio come una stella che esaurisce il combustibile. Un secondo esempio: una pentola d'acqua sul fuoco prima si scalda piano, poi bolle vigorosamente e infine, se si lascia troppo, evapora; anche le stelle attraversano fasi simili.

Strumenti per osservare il cielo

Per studiare l'universo non basta guardare in alto con gli occhi: servono strumenti speciali costruiti dagli scienziati nel corso dei secoli. Il primo strumento importante è stato il telescopio, inventato all'inizio del Seicento e perfezionato da Galileo Galilei, che con esso scoprì le lune di Giove. Oggi esistono telescopi giganteschi, costruiti in cima alle montagne per vedere meglio, lontani dalle luci e dall'inquinamento delle città. Esistono anche telescopi spaziali, come il famoso Hubble, che orbitano attorno alla Terra e fotografano galassie lontanissime con una nitidezza straordinaria. Le sonde spaziali, invece, sono piccoli robot mandati nello spazio per esplorare da vicino pianeti, lune e comete, raccogliendo informazioni preziose. Grazie a questi strumenti, l'essere umano ha persino messo piede sulla Luna nel 1969 e oggi progetta missioni verso Marte e oltre.

Un esempio: quando usi una lente d'ingrandimento per leggere le scritte piccole, ottieni qualcosa di simile a ciò che fa un telescopio con le stelle lontane. Un altro esempio: una macchina fotografica con uno zoom potente cattura dettagli di un uccellino su un albero distante, come un telescopio cattura dettagli di pianeti lontani.

Ricorda

In sintesi, i punti chiave da fissare bene in mente sono questi:

1. L'universo contiene tutto: stelle, pianeti, galassie e spazio vuoto, e si è formato con il Big Bang.
2. Le stelle sono enormi sfere di gas che producono luce grazie alla fusione nucleare.
3. Il Sole è una stella e attorno ad esso ruotano otto pianeti, formando il Sistema Solare.
4. Le galassie sono grandi famiglie di stelle; la nostra si chiama Via Lattea ed è a spirale.
5. Le costellazioni sono disegni immaginari fatti unendo le stelle viste dalla Terra.
6. Le stelle nascono nelle nebulose, vivono a lungo e poi muoiono in modi diversi.
7. Per studiare il cielo usiamo telescopi, telescopi spaziali e sonde robotiche.

Piccolo esercizio di verifica da svolgere sul quaderno: disegna il Sistema Solare con il Sole al centro e i pianeti in ordine, indicando con un colore diverso i pianeti rocciosi e quelli gassosi. Sotto al disegno scrivi tre frasi che spieghino, con parole tue, perché il Sole è importante per la vita sulla Terra. Infine, prova a inventare una nuova costellazione guardando idealmente il cielo della tua città e disegnala collegando almeno cinque puntini-stella con linee, dandole un nome originale.