Come misurare le distanze nello spazio? - Yuan-Sen Ting

Guarda la lezione completa: http://ed.ted.com/lessons/how-do-we-measure-distances-in-space-yuan-sen-ting

Quando osserviamo il cielo, abbiamo una visione piatta, in due dimensioni. Allora come fanno gli astrofisici a capire la distanza delle stelle e delle galassie dalla Terra? Yuan-Sen Ting mostra come le parallassi trigonometriche, le candele standard e altro ci aiutano a determinare la distanza degli oggetti diversi miliardi di anni luce dalla Terra.

Lezione di Yuan-Sen Ting, animazione di TED-Ed

La luce è la cosa più veloce
che conosciamo.

È così veloce che misuriamo
enormi distanze

con il tempo necessario
alla luce a percorrerle.

In un anno, la luce viaggia
9 660 000 000 000 miglia,

una distanza che
chiamiamo anno luce.

Per darvi un'idea
di quanto sia lontano,

la Luna, che gli astronauti ci hanno messo
quattro giorni a raggiungere,

è solo a un secondo luce dalla Terra.

Nel frattempo, la stella più vicina
oltre al nostro Sole è Proxima Centauri,

a 4,24 anni luce.

La nostra Via Lattea è grande
circa 100 000 anni luce.

La galassia più vicina alla nostra,
Andromeda,

è a circa 2,5 milioni di anni luce.

Lo spazio è incredibilmente vasto.

Ma.. un momento: come sappiamo
quanto sono lontane le galassie?

Dopotutto, quando osserviamo il cielo,
la visione è piatta, bidimensionale.

Puntando il dito ad una stella,
non si può dire quanto sia lontana,

allora come fanno
gli astrofisici a capirlo?

Per gli oggetti che sono molto vicini,

si può usare un concetto chiamato
parallasse trigonometrica.

È un'idea abbastanza semplice.

Facciamo un esperimento.

Alzate il pollice e chiudete
l'occhio sinistro.

Ora, aprite l'occhio sinistro
e chiudete l'occhio destro.

Il pollice sembrerà muoversi,

mentre gli oggetti più distanti
sullo sfondo non si saranno mossi.

Lo stesso concetto si applica
quando osserviamo le stelle,

ma le stelle distanti sono molto
più distanti della lunghezza del braccio,

e la Terra non è molto grande,

quindi anche avendo
diversi telescopi lungo l'equatore,

non vedrete molto
dallo spostamento della posizione.

Invece, si guardano i cambiamenti
della posizione delle stelle su sei mesi,

il punto a metà strada dell'orbita
della Terra intorno al sole.

Quando misuriamo la posizione relativa
delle stelle in estate,

e poi di nuovo in inverno,
è come guardare con l'altro occhio.

Le stelle vicine sembrano
muoversi sullo sfondo

delle stelle e galassie più distanti.

Ma il metodo funziona solo per oggetti
a poche migliaia di anni luce.

Oltre la nostra galassia,
le distanze sono così grandi

che nemmeno gli strumenti più sensibili
rilevano la parallasse.

Dobbiamo quindi affidarci
a un metodo diverso,

usando indicatori che chiamiamo
candele standard.

Le candele standard sono oggetti
di cui conosciamo bene

la luminosità.

Per esempio, se sapete quanto luminosa
è una lampadina,

e chiedete a un amico di tenere
la lampadina e allontanarsi,

sapete che la quantità di luce
che ricevete dall'amico

diminuirà in base
al quadrato della distanza.

Quindi confrontando
la quantità di luce ricevuta

con quella intrinseca
della lampadina,

si può dire quanto lontano è l'amico.

In astronomia, la nostra lampadina
diventa una stella particolare

chiamata variabile cefeide.

Queste stelle sono internamente instabili,

come un palloncino che si gonfia
e si sgonfia in continuazione.

E dato che l'espansione e la contrazione
causano variazioni di luminosità,

possiamo calcolare la loro luminosità
misurando il periodo di questo ciclo,

con le stelle più luminose
che cambiano più lentamente.

Confrontando la luce emessa
da queste stelle

con la luminosità intrinseca
calcolata in questo modo,

possiamo dire quanto sono lontane.

Sfortunatamente, la storia
non finisce ancora qui.

Possiamo distinguerle solo
fino a 40 000 000 anni luce,

dopodiché diventano
troppo sfuocate.

Fortunatamente abbiamo
un altro tipo di candele standard:

la famosa supernova di tipo 1a.

Le supernovae, gigantesche esplosioni,
sono una delle morti stellari.

Sono esplosioni talmente luminose

da oscurare le galassie
quando si verificano.

Anche se non riusciamo a vedere
le singole stelle di una galassia,

possiamo comunque vedere
le supernovae quando si verificano.

E le supernova di tipo 1a possono
essere usate come candele standard,

perché quelle intrinsecamente luminose
svaniscono più lentamente.

Comprendendo
questa relazione

tra luminosità e tasso di declino,

grazie alle supernovae
calcoliamo le distanze

fino a diversi miliardi di anni luce.

Ma perché è importante
vedere oggetti così lontani?

Ricordate quando veloce viaggia la luce.

Per esempio, la luce emessa dal Sole
ci metterà otto minuti a raggiungerci,

il che significa che la luce di adesso
mostra com'era il Sole otto minuti fa.

Guardando il Grande Carro,

vedete com'era 80 anni fa.

E queste galassie a macchie?

Sono distanti milioni di anni luce.

Ci sono voluti milioni di anni
perché quella luce arrivasse a noi.

L'Universo stesso è, in qualche
modo, una macchina del tempo.

Più indietro riusciamo a guardare,
più giovane è l'Universo che esploriamo.

Gli astrofisici cercano di leggere
la storia dell'Universo,

e capire come e da dove veniamo.

L'Universo ci invia costantemente
informazioni sotto forma di luce.

Tutto quel che ci resta da fare
è decodificarla.