venerdì 13 maggio 2016

Immaginiamo di viaggiare come la Luce! Quanto dista 1 UNITA' ASTRONOMICA?




                                                                                                            ANTEPRIMA
                                                                                                                               C'è un grosso errore nell'immagine qui sopra. Per chi non lo sa, vediamo di capire qual è.
                                                                                                                                        L'UA (unità astronomica, come vedremo in questo post) corrisponde a circa 150 milioni di km e la luce arriva sulla Terra, percorrendo questa distanza alla velocità di circa 300.000 km/secondo, in 8,2 minuti.
                                                                                                                                        Nell'immagine, però, il segmento che indica tale distanza parte dal centro del Sole:
questo non è corretto perché c'è una abissale differenza, nel nostro astro, dalla superficie al centro (ti invito per approfondimenti a visitare il post Il Sole 1/3, ti assicuro che è affascinante).
                                                                                                                                       La luce che parte dalla superficie della nostra stella impiega 8,2' a percorrere i 150 milioni di km che servono a raggiungerci.
Al contrario i fotoni che vengono prodotti nel Nucleo della fornace solare, prima di raggiungere la superficie stessa del Sole impiegano, drizzate bene le orecchie, qualcosa come 10 milioni di anni!!! Si, avete capito bene, 10 milioni di anni!
Questo perché, nonostante il raggio solare sia "solo" 6,5 milioni di km, in realtà le densità degli strati interni della nostra stella sono tali da rendere la corsa delle particelle di luce veramente un'odissea prima di poter raggiungere la superficie.
                                                                                                                                         Capite bene quindi che la nostra UA non può essere considerata a partire dal centro. Sono quindi invece corrette le seguenti altre raffigurazioni.
                                                                                                                                                                                                 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           
                                                                                                                                                                                                                                                 
Inoltre facciamo questo GIOCO DI NUMERI, in cui approssimo volutamente in modo esagerato le dimensioni per poter rendere più chiaro l'esempio:                                                                          
- il diametro della Terra è 13.000 km (in realtà 12.742)
- il diametro del Sole è 1.300.000 km, quindi 100 volte quello terrestre (in realtà 1.391.400)
                                                                                                                                   - significa che nel diametro del disco solare ci stanno in fila circa 100 Terre
                                                                                                                                   - e lungo l'UA (150.000.000 km) ci stanno in fila ben 115 Soli                                     (andate a vedere i post "Comparazioni sorprendenti" e "2015: l'anno di Plutone" e "Il Sistema Solare in scala" per un aiuto a visualizzare queste dimensioni)
                                                                                                                                          Questo giochetto forse aiuta un po' a realizzare una distanza per noi così enorme eppure per l'universo così ridicola.                                                                                                                                    


Tra i compiti più ardui di questo blog c'è anche quello di provare a chiarire in modo il più chiaro possibile il concetto di "distanza" nel Cosmo e conseguentemente di Tempo legato indissolubilmente a quello di distanza.

Ho già inizialmente prodotto il post Distanze e tempi di percorrenza, nel quale faccio una panoramica ed un quadro d'insieme spiegando le principali misurazioni. Vorrei però andare un po' oltre, cercando di fare anche qualche approfondimento sul tema.

Questo è uno degli argomenti che in effetti mi affascina e rapisce maggiormente e ho il forte desiderio di "avvicinarlo" a chi si intende meno di astronomia.




La nostra mente (di noi non addetti ai lavori, non professionisti) annichilisce, si scioglie quando si comincia a parlare di milioni e miliardi di km oppure decine, centinaia, migliaia di Unità Astronomiche o ancora peggio Anni Luce e Parsec.

A dir la verità credo che non serva spingersi neanche così lontano, credo infatti che anche quando si parla di distanze più "ravvicinate" ci sia ancora molta confusione e fraintendimenti. Molti astronomi la fanno infatti fin troppo semplice quando parlano con estrema disinvoltura dei loro calcoli matematici e delle distanze delle stelle, ma la maggior parte di noi si è già persa alle prime due parole e semplicemente andiamo avanti sulla fiducia.


Che mal di testa! 
Partiamo da "vicino" che è meglio!

Per affrontare questo tema è infatti necessario partire da distanze che siano più familiari per noi, più accessibili, e per farlo bisogna partire proprio da "vicino".

Cifre e distanze sono piuttosto approssimate poiché non serve in questa sede essere tanto precisi, quanto rendere l'idea a grandi linee. Estrema precisione anzi potrebbe far perdere il filo.

Proviamo quindi ad usare come riferimento di mezzo di trasporto, un aereo di linea che viaggia indicativamente a 1.000 km/h posto che non faccia mai scali o pause e segua la linea più diretta.

(foto usata anche per il post La Via Lattea: la nostra strada stellare o vedi etichetta comparazioni di velocità)




Lunghezza Italia nord-sud
1.300 km
                   
il nostro aereo impiega circa 1 h e 20'

(facendo un altro paragone a noi molto familiare, in macchina a 130 km/h ci vogliono 10 h: per i numerosi stranieri che seguono il blog, è chiaramente un esempio che potete ripetere con il paese in cui vivete, tramite un semplice calcolo)


Circonferenza della Terra: 40.000 km
                 
= più di 30 volte l'Italia da nord a sud

per l'aereo 40 h cioè quasi 2 giorni (e già qui abbiamo una pallida idea di quanto sia lunga fare il giro del mondo in aereo, ripeto senza scali e in linea diretta)

-- Per paragone la luce in 1 solo secondo fa ben 7 volte e 1/2 il giro della Terra !! --


Distanza Terra-Luna: 
384.000 km

= quasi 10 volte la circonferenza terrestre

splendida e famosa immagine della Terra vista da una missione Apollo



























                 
l'aereo, per andare idealmente sul nostro satellite (trascurando l'ovvia impossibilità di questa evenienza), a 1.000 km/h impiega 384 h cioé esattamente 16 giorni, in pratica 1/2 mese.

-- La Luce impiega appena 1,28 secondi --


Questo vi aiuta ad avere un'idea di quanto grande è la distanza che ci separa dalla Luna?

Beh, se ancora non siete convinti, vediamo di darvi un aiutino.





Noi ci immaginiamo che sia così...













...e invece incredibilmente è così !!!





In effetti quando si realizza quanto sia grande si rimane stupefatti, la nostra percezione della sua distanza non rende merito, anche perché quando la guardiamo in cielo sembra "quasi" di poterla toccare tanto si possono riconoscere anche ad occhio nudo i principali crateri e mari; a questo proposito è utilissimo ai nostri scopi questo breve video di 6 minuti nel quale si fa una simulazione molto efficace delle distanze della Luna dalla Terra ma anche dei vari pianeti dal Sole.

I registi americani Alex Gorosh e Wylie Overstreet sono andati in Nevada nel Black Rock Desert e hanno lavorato 2 giorni interi per poter riprodurre il Sistema Solare in scala in un'area di 11 km: hanno dovuto usare la macchina perché, prendendo come Terra una normale biglia di vetro e come Sole un pallone gonfiabile del diametro di 1,5 metri, la distanza tra il Sole e Urano è risultata essere di oltre 5,5 km.
(Se vi interessano altre informazioni su questo argomento, vi invito a visitare il mio post dedicato, Il Sistema Solare in scala)



Sempre a proposito di poter "toccare" la Luna tanto sembra vicina, c'è un'altra simulazione molto interessante che circola sul web, sempre efficace per far cogliere dimensioni e distanze, cioè quella che posiziona ipoteticamente la Luna alla distanza attualmente occupata dalla ISS, circa 400 km di quota (anziché quasi 10 volte tanto cioè 384.400 - post AstroSamantha e post 4/4 Viaggio attraverso l'atmosfera); in questa nuova posizione che effetto farebbe? Direi che il risultato è da brivido.
A proposito di brividi, lo sapevate che la Luna ha le dimensioni approssimative del nucleo della Terra? Quindi guardandola possiamo immaginare quanto è grande il nucleo centrale del nostro pianeta.





















Qui potete anche vedere il breve video dell'animazione.






Distanza Sole-Terra: 
150.000.000 km = 150 milioni di km 

= circa 390 volte la distanza Terra-Luna




                   
Questo è il primo valore di riferimento in astronomia, la famosa Unità Astronomica (Astronomical Unit, post Distanze). Il nostro aereo, che viaggia ai soliti 1.000 km/h, e che

- percorre l'Italia da nord a sud in 1 h e 20'
- fa il giro della Terra in 2 giorni
- raggiunge la Luna in 16 giorni

in questo caso per toccare il Sole impiega ben 150.000 h cioè la bellezza di circa 6.250 giorni vale a dire 200 mesi o più chiaramente 
17 anni.


Capite !! passiamo dai 16 giorni a 17 anni!
Siamo già usciti dalla nostra capacità di comprensione con questa cifra, non si riesce ad immaginare un aereo che viaggia ininterrottamente per 17 anni; abbiamo già problemi ad immaginarcelo in queste condizioni per una settimana, figuriamoci un mese o un anno.
Ma per il momento abbiamo un'idea.

-- La distanza è così vasta che la luce, pur viaggiando all'incredibile velocità di 300.000 km/s (in poco più di 1 secondo è già sulla Luna), impiega lunghi 8,2 minuti per raggiungerci --


                                                                                                                                       Di conseguenza (come già evidenziato in altri post e tramite l'etichetta "Guardare nel passato" poiché non è immediato e necessita di riflessione) ogni volta che noi guardiamo la nostra stella stiamo in realtà guardando la luce che è stata emessa 8 minuti fa, quindi la grande illusione è di stare guardando il Sole in tempo reale; lo guardiamo, sembra lì che sta bruciando proprio in questo momento, noi crediamo sia così ma in realtà non è così, stiamo guardando in tempo reale direttamente il passato che non esiste più. Come dire con linguaggio televisivo una partita in differita oppure una puntata registrata.                                                                                                                                                                                                                 Allargando questa prospettiva si può tranquillamente dire che intorno a noi tutto ciò che percepiamo è una infinita vetrina di eventi passati                     (la luce o radiazione elettromagnetica emessa da questi oggetti ha infatti viaggiato per migliaia, milioni o miliardi di Anni Luce prima di colpire i nostri occhi, quindi quello che vediamo, a causa delle cosmiche distanze, è "successo" tanto tanto tempo fa ma noi lo possiamo vedere solo ora).                                                                                                                                                                                                               Tuttavia gli oggetti che hanno prodotto quelle percezioni, per quanto ci riguarda è come se fossero proiettati nel futuro                                                 (per ipotesi il Sole potrebbe essere già morto in questo esatto istante, ma noi lo veniamo a sapere solo tra 8 minuti circa, quindi per noi nel futuro; altri eventi tipo una supernova cioé una stella che esplode in questo istante ma distante 10 anni luce, noi lo veniamo a sapere solo tra 10 anni, quindi per noi è un episodio del futuro.                                                                                                                                 Allo stesso modo se il Sole improvvisamente viene a mancare ora o se la supernova esplosa la vediamo ora, sappiamo in realtà che sono eventi accaduti circa 8 minuti fa e 10 anni fa.                                                                                                                              


E' infatti grazie a questa enorme inconcepibile distanza che il Sole, così enorme per noi come dimensioni, non ci brucia all'istante; la distanza compensa le enormi dimensioni dell'astro (tanto per dare 2 cifre, la Terra ha un diametro di circa 12.700 km mentre il diametro del Sole è 109 volte maggiore cioé circa 1.390.000 km, come potete verificare anche visivamente nel post 2015: l'anno del contatto con Plutone). 

Secondo lo stesso principio succede che stelle giganti (post Stelle Giganti 1 e 2), centinaia di volte più grandi del Sole non hanno effetto sul nostro Sistema Solare poiché la loro distanza in decine o centinaia migliaia milioni di anni luce annulla i devastanti effetti che avrebbero su di noi; altrettanto vale per stelle di neutroni (post Comparazioni sorprendenti) o buchi neri (post Buco Nero) con masse anche centinaia di milioni di volte quella solare. 


Tornando ora a noi e all'UA, la differenza tra quei 16 giorni e questi 17 anni la dice lunga: è una distanza enorme, davvero poco comprensibile e siamo solo all'inizio.

In astronomia l'UA è la base, l'abc, da qui si parte per parlare di distanze nel nostro Sistema Solare.

Qui sotto vedete una rappresentazione delle distanze in UA di Terra, 1^ fascia asteroidi, Giove, Saturno e le comete che provengono dalla presunta nube di Oort (vedi post Fasce di Asteroidi).






















Diamo quindi qualche dato interessante di distanze dal Sole in:
- UA
- corrispondenti km
- tempo impiegato



Oggetto/Distanza       Unità Astronomica                Km                      tempo Luce
                                                                                                             (approssimati per semplificare)


Mercurio                            0,39 UA                  58,5 milioni km                 3'/luce

Venere                               0,72 UA                 108 mil km                          6'/luce

Terra                  1 UA          150 mil km          8'/luce

Marte                                 1,52 UA                 228 mil km                         13'/luce

1^ fascia asteroidi
                                         2 - 4 UA                300 - 600 mil km                16'-33'/luce

Giove                                 5,2 UA                   780 mil km                         43'/luce

Saturno                             9,5 UA                   1,4 miliardi km               1 h 18'/luce

Urano                              19 UA                      2,8 mld km                      2 h 35'/luce

Nettuno                           30 UA                      4,5 mld km                      4 h 10'/luce

fascia Kuiper
                                      30 - 50 UA              4,5 - 7,5 mld km             4 h 10' - 7 h/luce

Plutone                           39 UA                      5,9 mld km                      5 h 30'/luce

Eliopausa Sole
                                       100 UA                    15 mld km                       13 h 50'/luce

Nube Oort
                        5.000 - 100.000 UA     750 - 15.000 mld km   1 mese/luce - 1 anno 7 mesi/luce

1 ANNO LUCE
                                    63.200 UA         9.460 mld km (per ricordarlo più facilmente 10.000 mld)

1 PARSEC
                                  206.123 UA             30.830 mld km                    3,26 anni/luce




Dalle UA si  passa poi alle distanze in Anni Luce (Light Years)  tra le stelle e infine in Parsec con tutti i vari multipli per la distanza tra le galassie o ammassi e superammassi e strutture enormi del Cosmo (vedi post Vicinato, Ammassi e SuperAmmassi e post Strutture Giganti).























Proviamo ora a fare questo esercizio di immaginazione:
rilassiamoci e ad occhi chiusi immaginiamo di stendere davanti a noi in linea retta le distanze che propongo qui sotto, e di percorrerle all'inizio pianino e poi sempre più velocemente, come se ci inoltrassimo nello spazio profondo e infinito, conservando memoria dello sforzo fatto.

Attenzione non serve conoscere tutti i km della strada né tutto il percorso, basta un'idea approssimativa del viaggio: la maggior parte di noi è andata almeno una volta fino a Verona o a Bologna o a Firenze o a Roma, basta quindi visualizzare molto a grandi linee il percorso ben sapendo quanto tempo ci si impiega. Se lo fate bene ad un certo punto presto vi perderete, ma riuscirete ad avere una "impressione" delle distanze in gioco.

Mi raccomando un punto alla volta senza saltare niente.

1- stendiamo davanti a noi in linea retta la lunghezza dell'Italia da nord a sud, come detto, 1.300 km percorribili in macchina in 10 ore e percorriamoli velocemente con l'immaginazione, visualizzando cioè il percorso (i principali punti di riferimento quindi le principali città che conoscete andando verso sud, Bolzano, Trento, Verona, Bologna, Firenze, Perugia, Roma, Napoli, Cosenza, Reggio Calabria, Ragusa, oppure andando al contrario verso nord se siete più comodi)

2- poi proseguendo facciamolo altre 1, 2, 3..., 9, 10...., 20..., 29 volte sempre più velocemente e sempre in linea retta davanti a noi, conservando la percezione della quantità percorsa: arriviamo così alla circonferenza della Terra!

3- questa stessa lunghissima misura ottenuta, ora stendiamola per altre 1, 2, 3... 9 volte e otteniamo la distanza Terra-Luna! Allucinante vero? Se avete fatto l'esercizio bene.

4- infine prendiamo questa ultima enorme misura e stendiamola per altre 1, 2, 3, 4, 10......, 20....., 30........, 40........, 100......., 110...., 120...., 200.........., 300..........., 389 volte. Incredibile, impossibile stargli dietro, vi siete già persi da tempo immagino, eppure questa distanza che ci fa venire le vertigini ed è inimmaginabile è per l'appunto la base di partenza, l'Unità Astronomica o UA o in inglese AU.



Il Cosmo ci consente questa possibilità infinita di viaggiare con la mente inoltrandoci nello spazio profondo senza mai incontrare nulla e di continuare a farlo praticamente per giorni settimane mesi, fino a perderci; e anche così, ancora non abbiamo raggiunto la distanza di 1 anno luce. Figuriamoci quando si parla di centinaia o migliaia o milioni o miliardi...



In ogni caso, se magari con l'immaginazione non siete proprio una forza, vi consiglio allora di andare a vedere, se avete un'ora di tempo libero, il video e l'animazione interattiva del post l'Emozione di Viaggiare nel Vuoto Cosmico infinito, dove "sperimentate"  in modo più pratico le distanze di cui abbiamo parlato.


Grazie per aver condiviso con me anche questo post che spero abbiate apprezzato. Non perdetevi anche il post sull'unità di misura dell'Anno/Luce e se volete potete anche andare a rivedere quello su Distanze e tempi di percorrenza, e quello per tradurre tutti questi zeri di cifre come milioni miliardi e oltre post TABELLE: quanto è "vicino" l'Anno Luce?




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