venerdì 17 novembre 2017

Un nuovo libro di astronomia: I colori dell'Universo

E' disponibile in mio trentaquattresimo (sì, 34!) libro di astronomia, un lavoro del quale vado piuttosto fiero perché frutto di molti anni di osservazione e fotografia del cielo.

L’Universo è pieno di colori, anche se i nostri occhi non hanno la sensibilità sufficiente per vederli. Dopo migliaia di anni di visione monocromatica, la fotografia astronomica ha reso accessibile al genere umano gli straordinari colori dei pianeti, delle stelle, delle nebulose, delle galassie, fino ai confini del Cosmo. 

In questo libro presento 110 spettacolari immagini dell’Universo, a colori e in alta risoluzione, ottenute con la mia strumentazione in venti anni di carriera da astrofotografo. Oltre 400 ore di esposizione complessiva e viaggi avventurosi attraverso tutti i continenti, alla ricerca degli spettacoli più elusivi: dalle aurore boreali alle eclissi totali di Sole, fino allo straordinario cielo australe, per assemblare una delle raccolte di fotografie astronomiche più completa in circolazione. 

Rimarremo stupiti di quante meravigliose tonalità si nascondono nel buio del cielo e di come ogni sfumatura, anche la più piccola, trasporti informazioni sulle incredibili proprietà dei mastodontici corpi celesti dell’Universo. Quei preziosissimi e rarissimi fotoni, messaggeri di meraviglia, giungono sui nostri sensori digitali dopo un viaggio interminabile e contribuiscono a costruire l’immagine del luogo più colorato e straordinario che potremmo mai vedere nelle nostre vite.

Si può acquistare in formato cartaceo a colori, o in formato ebook

giovedì 30 marzo 2017

Le infernali condizioni del sistema planetario TRAPPIST-1

L’annuncio della scoperta di 7 pianeti rocciosi attorno alla stella nana rossa TRAPPIST-1, di cui tre nella fascia di abitabilità, quindi potenzialmente in grado di ospitare acqua liquida in superficie, ha fatto il giro del mondo e ha regalato generosi sogni a tutti gli appassionati. La cassa di risonanza dei mass media ha amplificato fino all’esasperazione delle presunte caratteristiche che nessuno, nella comunità scientifica, aveva in realtà citato. Ecco allora che i primi lanci di agenzia parlavano di pianeti gemelli della Terra, simili in tutto e per tutto al nostro pianeta, sui quali la vita era considerata un fatto ormai scontato. Le agenzie di viaggio di mezzo mondo erano già pronte a staccare impossibili biglietti per le prossime vacanze estive a prezzi stracciati, comodamente seduti all’interno di un’astronave che avrebbe impiegato appena 700 mila anni per arrivare.

Rappresentazione artistica (e ottimistica) del sistema TRAPPIST-1
Se sognare è lecito e a volte persino necessario, non dobbiamo mai dimenticare però che la realtà spesso è ben diversa da quella raccontata da molti mezzi di informazione. Che quel sistema avesse poco o nulla in comune con la Terra era già evidente, a cominciare da ciò che davvero conoscevamo di quei lontani mondi: il raggio, una rozza stima della massa, la distanza orbitale dalla stella madre e il periodo di rivoluzione. Non si sapeva molto altro, ma tanto bastava per escludere una forte somiglianza con la Terra: i 7 pianeti, infatti, ruotano attorno a una stella poco più grande (in dimensioni) di Giove, 8 volte più piccola del Sole e 12 volte meno massiccia. I periodi di rivoluzione variano da poco più di un giorno per il più interno a un paio di settimane per quello più esterno (18 giorni per la precisione) e sono tanto vicini gli uni agli altri che dalla superficie di uno di questi si possono vedere i dischi degli altri, come se nel nostro cielo ci fossero altre sei lune. Di quel sistema l’unica cosa simile alla Terra sono le dimensioni dei pianeti e il fatto che alcuni di questi orbitano a una distanza dalla propria stella che permette di ricevere circa la stessa quantità di energia di quella che qui riceviamo dal Sole: nient’altro. Da qui a gridare alla vita ce ne vuole, anche perché, tutti lo sapevano, la stella attorno alla quale orbitano è una nana di classe M8, che tradotto dal linguaggio astronomico significa un oggetto molto particolare e irrequieto.

Le nane rosse, le stelle più piccole e meno brillanti dell’Universo, sono infatti note per essere astri molto instabili a causa dei forti e complessi campi magnetici che sono in grado di scatenare potenti brillamenti, esplosioni superficiali che scagliano nello spazio enormi quantità di radiazioni elettromagnetiche molto pericolose, come i raggi X e UV, e particelle subatomiche estremamente energetiche. La nana rossa del sistema TRAPPIST-1 ha solo mezzo miliardo di anni, quindi è estremamente giovane: questo non deponeva già a favore di una sua stabilità e ora ne abbiamo le prove.

Un gruppo di ricerca ungherese ha studiato infatti il comportamento della stella analizzando i dati fotometrici del telescopio spaziale Kepler e ha pubblicato un interessante articolo (attualmente in revisione presso la rivista Astrophysical Journal) che ben delinea l'inquietante scenario a cui sono sottoposti i sette pianeti del sistema TRAPPIST-1. Ebbene, possiamo definitivamente moderare l’entusiasmo, perché ora abbiamo le prove di quello che un po’ tutti pensavano.
La piccola nana rossa è infatti una stella estremamente instabile. Analizzando la sua luce in funzione del tempo, i ricercatori hanno scoperto l’esistenza di grosse macchie, simili, ma più estese, di quelle solari e la presenza di decine di potenti e complessi brillamenti, che avvengono con una cadenza anche di poche ore l’uno dall’altro. La potenza di queste esplosioni è paragonabile a quella dei più potenti flare di cui è capace il Sole, tra cui il famoso evento Carrington, che nel diciannovesimo secolo ha regalato aurore quasi fino all’equatore e causato molti problemi alla giovane linea telegrafica degli Stati Uniti. Stiamo parlando di eventi che possono rilasciare un’energia fino a 10^33 erg, pari a quella di un miliardo di bombe Zar, l’arma nucleare più potente e distruttiva mai concepita dall’essere umano. Poiché i pianeti di TRAPPIST-1 orbitano dalle 10 alle 100 volte più vicini alla stella rispetto alla Terra, i brillamenti stellari scatenerebbero tempeste magnetiche migliaia di volte più intense rispetto alle più potenti che hanno colpito il nostro pianeta. Non sappiamo quali sono le caratteristiche di questi pianeti, ma siamo perfettamente coscienti che se la Terra si trovasse al posto di uno qualsiasi di loro verrebbe sterilizzata e privata dell’atmosfera in breve tempo. A questo punto, allora, c’è solo da augurarsi che questi corpi celesti non siano davvero intrinsecamente simili alla Terra, altrimenti il loro destino sarebbe già stato scritto da milioni di anni e non sarebbe di certo favorevole allo sviluppo della vita come la conosciamo.  

La curva di luce della stella TRAPPIST-1 mostra improvvise impennate scatenate da imponenti flare che ne aumentano di oltre tre volte la luminosità.

Quanto devono essere diversi questi pianeti per poter resistere all’esuberanza della loro stella?
Solo un forte campo magnetico può schermare le atmosfere planetarie ed evitare una rapida erosione, come accaduto per Marte, ma questo dovrebbe essere migliaia di volte più potente di quello della Terra. In un sistema che potrebbe essere bloccato dalle forti forze mareali, ovvero in cui i periodi di rotazione dei pianeti dovrebbero coincidere con quelli di rivoluzione, tutti superiori al giorno terrestre, si fatica a capire come questi pianeti abbiano potuto creare un campo molto più intenso del nostro e mantenere un’atmosfera stabile. 

Come se non bastasse, le enormi esplosioni di questa stella ne aumentano la luminosità e questo implica che l’energia che ricevono i pianeti varia sensibilmente nel tempo. La zona di abitabilità, quindi, non avrebbe un confine netto e potrebbe variare di milioni di chilometri, facendo entrare e uscire di continuo i tre pianeti per noi più interessanti. Se anche ci fosse lo scudo magnetico a proteggere l’atmosfera dall’erosione da parte delle particelle cariche scagliate durante i brillamenti, cosa potrebbe garantire la stabilità atmosferica quando l’energia ricevuta può cambiare anche di tre volte in breve tempo? La risposta è sconsolante: niente. Il tempo di assestamento di un’atmosfera simile a quella terrestre, dopo che viene alterata da una potente esplosione stellare, è di qualche migliaio di anni, ben maggiore della frequenza dei flare più violenti registrata su TRAPPIST-1. La conseguenza è quindi inevitabile: le atmosfere di questi pianeti, qualora fossero presenti (cosa non scontata), sarebbero estremamente instabili e non favorevoli all’evoluzione della vita, che a prescindere dalle condizioni di cui necessita per nascere richiede una forte stabilità ambientale per evolversi, un ingrediente che manca del tutto in ognuno di questi sette pianeti. 
Lo scenario più probabile è la totale apocalisse: nessuna atmosfera attorno ai corpi celesti, superficie completamente sterile e solcata magari da grandi vulcani e imponenti colate laviche, come accadeva sulla giovane Terra: quanto di più lontano possa esserci per lo sviluppo e l'evoluzione di qualsiasi forma di vita.

Molti saranno rimasti delusi, ne sono certo, perché la nostra latente solitudine cosmica ha bisogno di essere colmata cercando qualcosa di familiare nell’immensa oscurità dell’Universo. In un luogo tanto vasto, tanto alieno, tanto al di là della nostra esperienza, al punto che spesso è più facile dimenticare che provare a immaginare, trovare un altro mondo simile al nostro rappresenterebbe quell’irrazionale sollievo al peso sempre maggiore della consapevolezza. Ma l’Universo non è fatto a nostra immagine e somiglianza e la sua vera bellezza è proprio l’eccezionale varietà di situazioni e fenomeni straordinari, molti dei quali difficili da immaginare finché non vengono scoperti. Cercare pianeti con la morbosa ossessione di trovare un qualsiasi appiglio che ci faccia sentire meno soli nell’Universo, rappresenta la trasposizione cosmica di quell’impaurito viaggiatore che esce per la prima volta dal proprio paese e, invece di immergersi nella cultura del luogo che sta visitando, si rifugia disperato nel primo ristorante italiano che trova lungo la strada, che di italiano, poi, ha solo il nome e ben poco altro. Lasciamo da parte le ancestrali ossessioni e concentriamoci, invece, nell’esplorare un luogo tanto alieno e altrettanto spettacolare, altrimenti rischieremo seriamente di rovinarci il viaggio più bello, lungo, libero e meraviglioso della nostra storia.

mercoledì 22 febbraio 2017

Sette pianeti rocciosi attorno a una stella vicina alla Terra



La notizia era nell’aria da ormai qualche giorno e nelle ultime ore l’embargo imposto ai giornalisti, che avevano ricevuto il comunicato stampa con qualche giorno di anticipo, era ormai crollato. Questo dimostra, come se ce ne fosse ancora bisogno, che le fughe di notizie sono inevitabili e tanto più rapide quante più persone ne sono a conoscenza. Ora che sono passate le 19 e l’embargo è terminato, anche chi l’ha rispettato può parlare.

Gli autori della ricerca, con a capo il belga Michaël Gillon dell'università di Liegi, in collaborazione con la NASA, hanno indetto una conferenza stampa e pubblicato un articolo su Nature (liberamente accessibile qui) dove si confermano i rumors della vigilia. 
Il sistema planetario TRAPPIST-1, acronimo di Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope, un progetto belga, fu scoperto nel Maggio 2016 e sembrava essere composto da tre pianeti che transitavano di fronte al disco della propria stella. Nei mesi successivi è partita la caccia per confermare e caratterizzare quei transiti con l'aiuto dei telescopi più potenti del mondo, compreso il telescopio spaziale infrarosso Spitzer. Ed è proprio questo che non solo ha confermato i tre pianeti ma ne ha aggiunti altri quattro al sistema, caratterizzandone dimensioni e orbite. Tutti sono di taglia terrestre, e già questo è un record, quindi probabilmente rocciosi, ma la cosa straordinaria è che tre di questi pianeti si trovano all'interno della zona abitabile attorno alla stella e possono sperimentare temperature comprese tra 0°C e 100°C.
 
Rappresentazione artistica (ma in scala) dei 7 pianeti rocciosi.
È racchiusa in quest'ultima frase tutta l’enfasi e l’importanza di questa scoperta. Non conosciamo, al momento, nessun sistema planetario, tra gli oltre 3000 scoperti, che abbia non uno ma ben tre pianeti di taglia rocciosa nella zona di abitabilità. Se la notizia può sembrare normale e fin troppo enfatizzata da giornalisti e dalla stessa NASA, forse non abbiamo ancora ben compreso quanto sia importante, quanto sia stata difficile e quale sia il passo fatto oggi dalla scienza. Forse ci aspettavamo l’osservazione diretta di un pianeta gemello della Terra, con oceani e vegetazione, o persino l’individuazione di tracce di civiltà. Il problema è che i mass media tradizionali, e in parte internet, ci hanno offerto una visione della scienza che è molto più avanti della nostra tecnologia, caricandoci di aspettative che a meno di clamorosi colpi di fortuna sono del tutto irrealistiche. Qualcuno potrebbe dire che “l’universo è pieno di pianeti in fascia abitabile” o che “anche se avessero dovuto annunciare la scoperta di vita extraterrestre io lo sapevo comunque, perché è normale che non siamo soli nell’Universo”. Queste affermazioni, sebbene siano supportate da ragionamenti logici e deduttivi non scorretti, restano ancora speculazioni. La realtà ha bisogno di più di qualche speculazione per essere confermata. La realtà ha bisogno di dati oggettivi e dimostrati, anche se la nostra mente ha intuito quella direzione con molto anticipo (addirittura Giordano Bruno aveva ipotizzato l’esistenza di infiniti altri mondi).

È vero che abbiamo già trovato pianeti extrasolari nella zona di abitabilità, ma non era mai accaduto di trovare un sistema tanto complesso e interessante.
Come forse molti già sanno, la zona di abitabilità è una fascia orbitale attorno alla stella dove è in teoria possibile l’esistenza di temperature miti e acqua liquida in superficie. L’appartenenza di un pianeta alla fascia di abitabilità è una condizione necessaria ma non sufficiente per avere un corpo celeste simile alla Terra, dove noi sappiamo che può svilupparsi la vita e in quale modo. Tra le altre variabili necessarie affinché in superficie ci siano condizioni adatte alla vita come la conosciamo c’è sicuramente la presenza di una densa atmosfera. Questa è di fatto la differenza tra la Terra e la Luna, tra un corpo celeste vivo e uno del tutto morto, pur condividendo la medesima zona all’interno della fascia di abitabilità.
Le curve di luce mostrano il calo di luminosità che la stella subisce ogni volta che uno di questi pianeti le passa di fronte. Dalla durata del transito e dal calo di luminosità si può ricavare il raggio del pianeta e la distanza dalla stella, quindi il periodo di rivoluzione.

Non sappiamo, ancora, se questi pianeti abbiano un’atmosfera e come sia fatta, ma poiché hanno una massa simile alla Terra non vi sono motivi forti per credere che non la possiedano. La cosa interessante, e in un certo senso straordinaria, è che a prescindere dallo spessore delle atmosfere e dalla loro composizione chimica, abbiamo tre possibilità nello stesso sistema planetario di trovare almeno un corpo celeste con le condizioni giuste: le probabilità sono quindi dalla nostra parte questa volta! Questo è il succo della notizia. Tre pianeti a distanze diverse ma dentro la fascia abitabile; tutti e tre rocciosi e con possibili atmosfere. A prescindere dalla loro composizione chimica, se gli involucri gassosi hanno una densità pari ad almeno il 10% quella della Terra, almeno uno di loro potrebbe ospitare acqua liquida in superficie.

Per capire meglio, proviamo a immaginare un Sistema Solare in cui Venere si trova al posto della Terra, la Terra a metà strada verso Marte e un altro pianeta simile per massa e dimensioni proprio alla distanza di Marte. Sappiamo già che a Marte è mancata solo un po’ di massa per riuscire a trattenere quella sua atmosfera primordiale che per almeno un miliardo di anni lo ha reso un posto temperato e ricco d’acqua. E’ molto probabile che se questi corpi celesti fossero stati nel nostro sistema solare avrebbero potuto essere tutti e tre abitabili, seppur in modo differente gli uni dagli altri.

Abbiamo allora scoperto quello che per il momento è il sacro Graal dei sistemi planetari, di gran lunga il luogo più interessante per cercare condizioni adatte alla vita e forse tra i più facili da studiare con la prossima generazione di telescopi. Tutti i pianeti, infatti, sono stati osservati attraverso il metodo dei transiti, colti mentre attraversavano, uno a uno, il disco della loro stella. Stiamo quindi osservando questo sistema stellare esattamente di taglio; una botta di fortuna cosmica (è davvero così?) che ci ha permesso di determinare le dimensioni e l'orbita con buona precisione e permetterà in futuro di ottenere gli spettri e i primi profili delle atmosfere dei tre pianeti per noi più importanti. 

Ma c'è anche dell'altro. E se TRAPPIST-1, benché raro per la nostra tecnologia ancora arretrata, fosse la regola nell'Universo? Davvero possiamo pensare che se un tale sistema fosse stato molto raro noi lo avremmo trovato a soli 40 anni luce dalla Terra, nel nostro giardino di casa, per di più con il metodo dei transiti che non vede oltre il 90% dei sistemi planetari? Se le nane rosse, tanto deboli da risultare per noi invisibili oltre poche centinaia di anni luce, avessero sistemi planetari così complessi, con più di un pianeta nella zona di abitabilità, nella Via Lattea conteremmo forse più di 100 miliardi di pianeti potenzialmente abitabili. Invisibili per i nostri occhi, silenziosi per le nostre orecchie, eppure potrebbero essere lì fuori, più numerosi persino delle stelle.

Le speculazioni da fare, a questo punto, sono tante, più di quelle che facevamo già prima di questo piccolo ma fondamentale tassello della nostra conoscenza. Belle, affascinanti, rilassanti, coinvolgenti, logiche, plausibili, probabili… ma si tratta solo di speculazioni. Le faranno (anzi, le hanno già fatte) i ricercatori che hanno scoperto questi 4 nuovi pianeti, le farete voi lettori, le ho fatte e le sto facendo io, perché è una delle cose più belle di una scoperta scientifica che viene regalata al mondo. La scienza permette a tutti di sognare, senza limiti e senza distinzioni, senza guardare titoli di studi o luoghi geografici. Sono sogni straordinari e straordinariamente democratici.

L’importante è ricordare alla nostra mente che le nostre sono solo speculazioni e che la realtà, benché ci sembri abbastanza delineata, ha sempre bisogno di essere provata. Sono ancora molti i punti interrogativi che ruotano attorno a questo sistema planetario, tra cui il più importante riguarda la stella. Non è un astro simile al Sole ma una nana rossa molto fredda, oltre 10 volte meno massiccia del Sole, con un'emissione spostata nell'infrarosso e migliaia di volte meno intensa di quella solare. Questa stella è tanto debole che pur trovandosi a 39 anni luce da noi, nella costellazione dell'Acquario, brilla di magnitudine 19, 150 mila volte più flebile dell'astro più debole che i nostri occhi riescono a scorgere nel cielo. Scordiamoci quindi di immaginare un sistema simile al nostro, perché quei pianeti, per essere nella zona di abitabilità, devono orbitare molto stretti, con periodi di rivoluzione dell’ordine dei giorni. Il più interno, infatti, impiega solo un giorno e mezzo a ruotare attorno alla stella, mentre il più esterno, considerato un mondo ghiacciato, poco più di 12. Cosa succede se, come si pensa, questi possiedono un periodo di rotazione uguale a quello di rivoluzione e mostrano quindi sempre la stessa faccia alla propria stella? Saranno comunque abitabili? E come potrebbe presentarsi un corpo celeste del genere?

TRAPPIST-1: un sistema planetario molto diverso dal nostro. La stella è una piccola nana rossa con circa l'8% della massa del Sole e grande quanto Giove. Tutti i pianeti si trovano ben più all'interno dell'orbita di Mercurio intorno al Sole e sono così vicini gli uni agli altri che da uno di questi si potrebbe vedere il disco e le nubi del vicino. Sembra più simile al sistema di satelliti di Giove, eppure ben tre pianeti sono dentro la zona di abitabilità, quindi potenzialmente simili alla Terra. Crediti dell'illustrazione: NASA and JPL/Caltech.

Ricordate allora ciò che diceva il grande Carl Sagan: affermazioni straordinarie richiedono prove altrettanto straordinarie. Io aggiungerei che in un campo tanto importante e allo stesso tempo difficile da indagare come quello della vita extraterrestre, le prove straordinarie si costruiscono poco a poco, mattone su mattone. La prova straordinaria è uno splendido palazzo che stiamo tirando su con estrema fatica sin dal 1995, quando scoprimmo il primo pianeta extrasolare attorno a una stella simile al Sole. Questa è stata una bella pietra, forse un intero piano; bisogna ora vedere quanto è distante il tetto del nostro palazzo e questo ce lo dirà il prossimo futuro e la prossima generazione di telescopi.
Per compiere una grande impresa serve pazienza, in ogni ambito della vita. Pazienza e dedizione, a volte per anni. Ma stiamo pur sicuri che prima o poi i nostri sforzi verranno premiati; prima o poi potremo rispondere con certezza alla domanda che ci assilla da tempo immemore: siamo soli nell'Universo?

Press release NASA: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-telescope-reveals-largest-batch-of-earth-size-habitable-zone-planets-around

Per approfondire la tecnica dei transiti, che permette di osservare un pianeta extrasolare anche con strumentazione amatoriale, cliccate qui

giovedì 9 febbraio 2017

La scoperta dell'Universo, parte 3: l'espansione dello spazio

Quando Edwin Hubble dimostrò che le nebulose spiraliformi, e in generale tutti gli oggetti diffusi dal colore e dallo spettro simile a quello delle stelle, erano delle galassie come la Via Lattea e molto, molto lontane, si aprì la caccia a quella che in breve tempo sarebbe diventata una popolazione di milioni di nuovi oggetti celesti.
Il padre delle galassie diede naturalmente il suo fondamentale contributo, classificandole dapprima secondo la forma in tre grandi classi: ellittiche, spirali e irregolari. Oggi sappiamo che alla base di questa divisione, che era puramente osservativa, ci sono differenze morfologiche e fisiche molto importanti.

Il secondo studio che fece Hubble fu analizzare l’intensità della luce in funzione della lunghezza d’onda, in altre parole lo spettro. Cosa sperava di trovare scomponendo la luce delle galassie con un prisma? Non lo sapeva neanche lui, ma è uno dei pochi modi per sperare di carpire i segreti dell’Universo a distanze così incolmabili.
Grazie al metodo di misura della distanza delle Cefeidi, che stava diventando sempre più preciso, il terzo studio che si poteva fare era quello di scovare queste stelle e determinare poi la distanza. Quanto erano dense le galassie nell’Universo? Quale la loro distanza media? C’era qualche proprietà poi che dipendeva da quanto fossero lontane nello spazio e nel tempo? La sfida era affascinante e grazie al fatto che l’Universo è una spettacolare macchina del tempo si poteva rispondere di certo a una domanda molto interessante: come cambiano le galassie con gli anni? Quelle che vediamo lontane centinaia di milioni di anni luce sono simili alla nostra o mostrano segni di una qualche evoluzione? Quando nella scienza si hanno delle aspettative, molte volte vengono disattese e non è raro che la realtà possa superarle di milioni di volte. Quello che stiamo per vedere è uno dei casi più emblematici.

Già prima che Hubble aveva dimostrato la natura extragalattica di queste nebulose, molti astronomi si erano accorti di una cosa un po’ particolare: gli spettri di quelle che all’epoca erano le più deboli sembravano essere tutti spostati verso la regione rossa. La questione era intrigante, ma solo dopo che erano disponibili stime della distanza poté assumere la portata devastante che nascondeva.
Hubble e i suoi colleghi si accorsero che tutte le galassie, a esclusione di qualche rara eccezione come Andromeda, mostravano uno spettro spostato verso il rosso. Cosa significa questo? Che, ad esempio, le regioni di formazione stellare HII, che brillano principalmente a causa dell’emissione della riga alpha dell’idrogeno, a 656,3 nm, mostravano questa riga spostata verso le porzioni più rosse, a 670, 680 o più nm e con essa tutto lo spettro era traslato. Non era però questo il fenomeno che gettò le basi per una nuova branca dell’astronomia e costrinse molti scienziati autorevoli a fare mea culpa. Un comportamento del genere non era infatti sconosciuto: non si tratta di qualche bizzarro e imprevedibile scherzo della Natura, ma di una caratteristica chiamata effetto Doppler.

L’effetto Doppler è il responsabile di quel bizzarro cambio di tonalità quando la sirena di un veicolo ci sfreccia di fronte a grande velocità. Mentre è in avvicinamento le onde sonore, che viaggiano nell’aria a velocità fissa, vengono compresse dal movimento. Il risultato è un accorciamento della loro lunghezza e un aumento della frequenza sentita. Quando la sirena ci sorpassa e si allontana le onde sonore vengono stirate, aumentandone la lunghezza e diminuendo la frequenza sentita.
Con la radiazione elettromagnetica accade la stessa cosa: un oggetto che si avvicina a noi mostra uno spettro spostato verso le lunghezze d’onda più corte, quindi verso il blu. Un corpo celeste che si allontana mostra tutto lo spettro delle onde elettromagnetiche di cui è composto più “stirato”, quindi spostato verso la parte rossa. Le osservazioni di Hubble mostravano spettri di galassie spostati tutti verso lunghezze d’onda più lunghe (verso il rosso), quindi la conclusione era scontata: tutte le galassie, in ogni parte di cielo si guardi, si allontanano da noi. Ma com’è possibile? Le nostre antenne si sono drizzate: qui c’è puzza di paradosso!
Il problema delle osservazioni di Hubble era legato proprio all’interpretazione di questa conclusione paradossale. Com’era possibile che tutte le galassie del cielo, in ogni parte lo si guardi, si allontanassero dalla nostra? Com’è possibile, poi, che la velocità con cui si allontanano è direttamente proporzionale alla distanza? Perché le galassie più lontane si muovono con velocità maggiori da noi rispetto a quelle più vicine? Stiamo impazzendo? Stiamo sbagliando qualcosa nelle nostre misure? O siamo di fronte al segreto più grande del nostro Universo?

Hubble, in preda a tutti questi dubbi, ripeté, ricontrollò e migliorò le osservazioni, ma nulla cambiò nel risultato: le galassie dell’Universo si allontanano dalla Via Lattea con una velocità proporzionale alla distanza, non c’è alternativa a questo punto fermo. La costante di proporzionalità per trasformare la distanza in velocità sarebbe ben presto stata conosciuta come costante di Hubble. Il suo significato racchiude in un numero e un’unità di misura, con l’eleganza unica della fisica, quello che le parole descriverebbero a fatica in una o più pagine.

Quando tutte le soluzioni possibili sono da scartare, nella scienza non resta che ammettere quello che era considerato impossibile, o quasi. Non è infatti sensato pensare che tutte le galassie dell’Universo evitino la Via Lattea come se fosse portatrice di una brutta malattia, per di più con una velocità tanto maggiore quanto più sono distanti. Non è neanche possibile spiegare come in un Universo statico e immobile tutte le galassie a una certa distanza, in ogni parte del cielo, debbano avere la medesima velocità di allontanamento. Come avrebbero fatto a mettersi d’accordo, separate da miliardi di anni luce di spazio?

L'Universo si espande come un palloncino che si gonfia
L’unica spiegazione, per quanto assurda, fuori da ogni esperienza, dalle conseguenze non ben comprensibili e dalla portata sicuramente distruttiva su quanto credevamo di conoscere dell’Universo, era in realtà semplice. In tre parole possiamo spiegare benissimo tutto, senza eccezioni alle nostre osservazioni: Universo in espansione. Sì, l’Universo non può essere statico come si pensava, non è possibile. E d’altra parte anche la teoria della relatività generale di Einstein aveva dimostrato quello che grazie ad Hubble era diventata una palese prova osservativa. Il problema è che a quel tempo l’idea di un Universo in evoluzione non era per niente facile da accettare, ecco perché il padre della relatività si inventò quel parametro chiamato costante cosmologica per sistemare, ai suoi occhi, una teoria che in realtà aveva previsto tutto prima che Hubble la provasse con le osservazioni.

Einstein, il grande genio che aveva rivoluzionato la fisica e l’astrofisica, questa volta aveva sbagliato. Fu lui stesso a riconoscerlo, dicendo che quel parametro era stato l’errore più grande della sua vita. Questa lezione di umiltà testimonia ancora una volta a cosa dovrebbe ambire un ottimo scienziato e un bravo essere umano ben integrato nella società. Tutti possiamo sbagliare, anzi, l’errore spesso è il modo migliore per progredire. Mettiamo da parte la rabbia e l’orgoglio e concentriamoci piuttosto sul lavoro che dobbiamo fare prima per riconoscerlo, poi per accettarlo e infine per cambiare idea. Non è concepibile continuare a difendere le proprie convinzioni contro tutte le prove contrarie, arrivando persino a screditare chi le ha scoperte. È questa la differenza tra un uomo intelligente e uno stupido.

martedì 7 febbraio 2017

Perché la scienza (e la realtà) non è un'opinione



Il selvaggio mondo dell’informazione, che alimenta le più disparate e assurde bufale, ha un effetto devastante sull’intero tessuto della società. Le crescenti teorie del complotto, alcune di un’assurdità logica incredibile (ad esempio le scie chimiche o lo sbarco sulla Luna che non sarebbe mai avvenuto) hanno attecchito come un virus, dando voce e forza a una branca detta scienza “non ufficiale”, che raccoglie tutte le assurdità di una visione alterata della realtà che non ha modo di esistere.

Peggio dei complottisti più duri e intransigenti, che alla base nascondono evidenti problemi psicologici e con cui è inutile parlare persino del tempo che fa fuori, un’occhiata alla società mostra come il mix di ignoranza e di false informazioni abbia provocato un preoccupante senso di aggressiva insicurezza in merito alla conoscenza della realtà che ci circonda. Sono i cosiddetti “neutralisti” o “possibilisti”, gente che fa da garante assoluto a tutte le disparate teorie, che pensa che la descrizione della realtà sia una questione di opinioni, ognuna delle quali ha la stessa probabilità di essere vera e falsa. In ogni caso, tutti hanno diritto ad esprimere la loro opinione e tutte le opinioni valgono allo stesso modo: questi sono i punti cardine del loro modo di pensare. Ecco allora che molto spesso, assistendo all’assurdo teatrino che si sviluppa tra i complottisti malati e qualche divulgatore masochista che tenta di arginare il dilagare di questa preoccupante malattia, molti spettatori si schierano in questo pericoloso limbo: “Credere che siamo stati sulla Luna è un atto di fede come credere che non ci siamo stati” “Che le scie chimiche non esistono è una teoria come quella che dice che queste esistono” “Al mondo ognuno è libero di credere a ciò che vuole, alla falsità degli allunaggi, che la Terra sia piatta, che non esista l'evoluzione delle specie, Che il mondo sia nato nel 4.000 avanti Cristo o giù di lì, o quello che volete.”
Eh no, no e ancora no! Queste frasi dimostrano le carenze del sistema educativo che ci ha cresciuto e la lobotomizzazione di massa operata dai mass media tradizionali, effetti che hanno aperto la strada a un approccio con la realtà che non è assolutamente corretto e che mi rifiuto di accettare nel ventunesimo secolo.

La scienza, che per semplificare possiamo arruolare a sinonimo di conoscenza della realtà, non è una religione, non richiede atti di fede. Nella sua definizione più basilare e semplice possibile, la scienza è un insieme di regole e modi di procedere che hanno l’obiettivo di scoprire la realtà, dimostrandola con prove oggettive e ripetibili, che forniscono una visione di quello che si vuole conoscere quanto più vicina alla realtà dei fatti. Quegli stessi fatti che NON cambiano a seconda del nostro stato d’animo, a seconda di quello che vogliamo credere, a seconda di quello che ci piacerebbe o meno.
La scienza non è democratica e non guarda in faccia nessuno, perché la realtà è tale e tale rimane anche se a miliardi di persone non piace, se miliardi di occhi credono di vedere qualcosa di diverso. Non si tratta più di opinioni ma di fatti supportati da prove. E queste prove sono pubbliche e trasparenti, al punto che qualsiasi persona, se vuole, può trovarle, riprodurle e giudicarle.
Volete un esempio terra-terra? Guardate questa foto e ditemi che colori vedono i vostri occhi.


Verde con strisce di rosa, giusto? Bene, vi state sbagliando: il rosa non esiste. Quest'illusione non vi ha convinto perché avete visto subito il grigio, grazie al monitor del PC o a una differente illuminazione? Allora eccone un'altra:

I quadrati al centro sono di diversa luminosità, chiaro! Bene, vi sbagliate e per provarlo basta misurare l'intensità luminosa con il solito programma. Contro ogni parere di qualsiasi occhio, i valori di luminosità sono identici: questi quadrati hanno la stessa tonalità e la medesima luminosità. Incredibile, vero?
 Di queste illusioni ce ne sono migliaia e testimoniano tutte, nel modo più semplice possibile, a cosa serve il metodo scientifico e perché abbiamo inventato strumenti per indagare in modo oggettivo la realtà, invece di osservarla nel modo soggettivo fornito dal nostro cervello. Scaricate l’immagine, apritela con qualsiasi programma di elaborazione foto e fatevi dire dal vostro computer che colore hanno, oggettivamente, quelle ali che sembrano rosa. Sono grigie: questa è la realtà. E di fronte a noi abbiamo due strade: ci fidiamo di quanto dice il computer, oppure, senza motivo logico, affermiamo che tutti i computer sbagliano, che tutti gli strumenti sono soggetti allo stesso errore e che abbiamo ragione noi a dire che quelle strisce sono rosa, quando tutte le misurazioni dicono il contrario. Sembra un atteggiamento furbo questo? No? Eppure viene applicato allo stesso modo per molte altre situazioni che, non si sa bene il motivo, diventano assolutamente logiche e corrette.

Dire che in merito allo sbarco lunare non ci siano prove e che crederci sia un atto di fede è un’assurdità logica. In merito allo sbarco lunare ci sono montagne di prove: migliaia di foto fatte da diverse agenzie spaziali, strumenti lasciati dagli astronauti che ancora vengono utilizzati oggi, trasmissioni radio intercettate anche da amatori, quintali di rocce lunari e quasi mezzo milione di persone che a vario titolo hanno partecipato alla più grande avventura dell’essere umano, che raccontano tutte la medesima cosa. Ma davvero qualcuno crede che il momento più alto dell’umanità non sia mai avvenuto, sulla base di una visione molto parziale e distorta della realtà? E su quale base voi vi arrogate il diritto di saperne più di fisici, astrofisici e ingegneri spaziali che hanno partecipato al progetto Apollo? Siete seri? Non vi vergognate un po’? Non dovreste studiare un minimo prima di parlare? Non dovreste riconoscere e curare la vostra ignoranza invece di utilizzarla per descrivere realtà alternative che non possono esistere?

Ci hanno insegnato a dubitare, ma ormai dubitiamo di tutto e in modo malato. Dubitiamo non perché non comprendiamo, ma perché abbiamo dei pregiudizi. Dubitiamo non per migliorare la nostra comprensione, ma per spingere l’interlocutore a piegarsi alla nostra malata visione della realtà. Non guardiamo la realtà, ma la faccia di chi ce la racconta. Non ci soffermiamo più sulle spiegazioni, ma sui titoli di studio di chi abbiamo di fronte, con la malata convinzione che più è estraneo all’ambito di cui parla e più libertà di pensiero possiede, quindi maggiore è la sua credibilità. Siamo così ossessionati dalla corruzione che viene raccontata ogni giorno dai mass media, su temi estranei alla scienza, da essere diventati corrotti anche noi, fin nell’anima. Corrotti a tal punto da aver perso ogni contatto con la realtà.

Se si pensa che la conoscenza della realtà sia una questione di opinioni, forse è anche colpa di noi divulgatori che abbiamo dato questa impressione. Perché noi siamo il filtro tra una serie di misurazioni, prove e calcoli difficili da digerire per chi non è del settore e le persone “comuni” che vorrebbero capire. Noi siamo i traduttori, ma a quanto pare non abbiamo tradotto bene. Anche noi divulgatori dovremmo attenerci a un codice etico semplicissimo e quanto mai chiaro: non dobbiamo porci su un livello superiore, calando spiegazioni e teorie dall’alto mascherate da opinioni, perché poi è facile credere che lo siano. La divulgazione della scienza, quindi, dovrebbe innescare un meccanismo per il quale è lo stesso ascoltatore, o lettore, a comprendere quanto si cerca di spiegare, a fare il passo logico necessario per far propria quella spiegazione. Dire: “le scie chimiche sono una stupidaggine”, benché esprima un concetto corretto, è una frase che può essere interpretata come un’opinione, né più né meno dissimile da chi afferma, come nel migliore dei salotti tv, che “ le scie chimiche invece esistono”. Chi dei due ha ragione? E’ qui che entra in ballo la scienza e chi la deve divulgare. Nel primo caso la frase è supportata da prove raccolte da migliaia di persone competenti e indipendenti le une dalle altre, nel secondo da un manipolo di dissociati mentali che non conosce nemmeno le più elementari leggi della fisica.
Ma ormai c’è talmente tanta diffidenza verso noi scienziati che veniamo visti un po’ come le moderne streghe a cui dare la caccia. Allora proviamo a estraniarci un po’ da questo ambito e ad analizzarne uno sicuramente più familiare e meno intriso di contaminazioni ideologiche:

Quando viene commesso un crimine violento, come un omicidio, sono fondamentali le indagini della polizia scientifica che cercano di smascherare il colpevole raccogliendo prove inoppugnabili, oggettive e verificabili. Chi di voi si accontenterebbe di essere giudicato non dalla prova del DNA ma in base alle opinioni di un gigantesco tribunale del popolo, che vi giudicherà in base alle più disparate irrazionalità invece di esaminare le prove oggettive? Anche questa è scienza, ma strano che nessuno abbia sviluppato una teoria del complotto adeguata, ad esempio che il DNA non esiste e che non possiamo quindi vederlo, ergo tutte le condanne basate sul DNA sono un modo che i potenti usano per controllare le masse e tenerle sotto scacco. Assurdo anche solo dubitare di una cosa del genere, vero? Non c’è bisogno di comprendere come sia fatto il DNA per credere che esista davvero e che ogni essere umano ne possieda una sequenza unica, no? Se un giorno arrivasse uno sconosciuto dell’università della vita e dicesse questo, contro il parere di tutta la comunità scientifica globale, verrebbe sbeffeggiato alla grande, no? E allora perché dovremmo dubitare dello sbarco sulla Luna, nonostante sia ben più conosciuto, documentato, studiato e di certo molto più accessibile di quello strano DNA che molti non sanno neanche che forma abbia? Perché in questi casi bisogna disquisire sull’onestà e la competenza dei milioni di scienziati che nel corso di 50 anni non hanno mai messo in dubbio un fatto tanto plateale? Perché l’università della vita diventa un titolo ben più onorevole di un astrofisico o di un fisico quando si discute di scie chimiche? Non si sa, ma una mente che ha mantenuto un minimo di razionalità dovrebbe iniziare a capire molte cose.

Adesso riuscite a capire meglio il concetto che ho espresso prima: mettere sullo stesso piano un’opinione assurda che si basa sul nulla o, peggio, sull’ignoranza, e una spiegazione basata su fatti accertati, provati, dimostrati, pubblici e ripetibili, da parte di persone competenti, è il più grande errore che potremmo mai fare nella conoscenza della realtà. Non sono due piani ben livellati: da una parte ci sono un’accozzaglia di opinioni prive di prove, spesso in contraddizione le une con le altre e con i principi base della fisica (la stessa che funziona tanto bene quando si tratta di farvi scrivere idiozie sui social network), sparate da reietti della società, senza titoli di studi o con un passato conclamato di truffatori, e dall’altra tutto un apparato trasparente di prove consultabili, di dimostrazioni matematiche e logiche inoppugnabili, di situazioni ripetibili e ripetute centinaia, se non migliaia, di volte da persone che hanno dedicato la loro vita a studiare quel determinato ambito. Un musicista che parla di vaccini che causano autismo, contro un medico che dimostra l’inconsistenza di questa fandonia con studi ben documentati, non sono opinioni confrontabili, perché non è corretto definirle opinioni, lo capite? Il primo è un idiota perché pensa certe cose e soprattutto pensa di saperne più del medico, perché si è laureato alla google university e non è stato indottrinato dalla scienza ufficiale. Ma cosa vuol dire?
Se così non fosse, ogni pazzo si potrebbe svegliare un giorno e negare l’esistenza di qualsiasi cosa. Io potrei dire che ho visto volare maiali e ke la scienza (la k non è un caso) cerca di negarlo xké pressata dalla potente lobby degli allevatori di maiale, e ke io ho il diritto di esprimere un’opinione e ke questa è altrettanto vera come quella di ki pensa che i maiali non possano volare. Pensate che una cosa del genere sia assurda? Sì, lo è, ma non meno delle scie chimiche o del finto sbarco sulla Luna, anzi: potrei prendere un maiale, legargli qualche centinaio di palloncini ad elio e farlo fluttuare nell’aria per dire che avevo ragione. Negli altri casi, invece, non si può inventare niente di simile.

Quando si vuole descrivere la realtà – chiamatela scienza o quello che vi pare – le cose funzionano in modo semplice: si fanno delle osservazioni, con strumenti migliori dei nostri soggettivi sensi, si ripetono tali osservazioni, si controlla che gli strumenti funzionano e che le misurazioni siano state prese nel modo corretto, poi si cerca di spiegare il comportamento dei dati con una teoria. Quando tutto l’apparato sembra essere corretto, si pubblicano i risultati e i dati, descrivendo in modo accurato quanto è stato fatto, in modo che tutti gli altri scienziati possano fare tutti i controlli del caso. Una volta che l’impianto è stato confermato, a quello studio viene garantita la pubblicazione e diventa scienza vera e propria; quella teoria diventa qualcosa di reale. Ma teoria non è sinonimo di ipotesi non verificata, di opinione indimostrata. Una teoria è la spiegazione fisica e matematica di una serie di dati e di osservazioni. Una teoria è una linea continua che unisce i puntini rappresentati dalle nostre osservazioni. Una teoria è la traduzione nel linguaggio dell’Universo, la matematica, dei dati che abbiamo raccolto. E’ per questo motivo che per avere una teoria che ben descrive la realtà sono necessarie moltissime osservazioni e verifiche, perché più punti abbiamo e più è facile capire quale curva li unisce, senza ambiguità. Molte nuove teorie si basano su pochi punti e possono rappresentare le migliori curve che li uniscono ma non necessariamente le uniche. E’ questo il motivo per cui una teoria solida richiede spesso molti anni per essere costruita, perché richiede una raccolta di dati e osservazioni enorme, nonché una verifica indipendente da parte di altri esperti. Ci sono allora teorie buone, ma non certe, come quelle che spiegano la nascita e l’evoluzione dell’Universo, ma altre sono quanto di più vicino possiamo immaginare al concetto di certezza, perché regolano persino il funzionamento della nostra vita. Il fatto che i motori degli aerei ad alta quota possano produrre delle scie in grado di persistere per ore ed espandersi fino a creare dei tenui cirri, è qualcosa perfettamente spiegato dalla termodinamica, una teoria estremamente precisa e accurata che non lascia spazio ad altre interpretazioni. Se la termodinamica non funzionasse non ci sarebbero neanche le nuvole e il nostro pianeta sarebbe morto. Se nessuno scienziato mette in dubbio la normale formazione delle scie degli aerei, perché conosce la termodinamica, non vi viene il dubbio che voi che pensate il contrario stiate semplicemente dando prova della vostra ignoranza in materia? Perché invece di riconoscere una propria lacuna si pensa che tutti gli altri (esperti) non ci abbiano capito nulla? Se doveste prendere l'autostrada al contrario, avvertireste la polizia che ci sono centinaia di idioti che vanno nel verso opposto, o vi fareste qualche domanda? Se uno non vuole credere a una teoria, ha tutte le possibilità di studiare e mettersi al lavoro per raccogliere maggiori dati che possano scalfire l’apparato costruito fino a quel momento. Per le opinioni, di nuovo, non c’è spazio.

Arrivati a questo punto, molti vorranno insultarmi, alcuni lo faranno, altri lo avranno già fatto, ma vi prego, fermatevi. Potete insultare chi vi pare ma la realtà non cambia. Perché accanirsi tanto? Noi poveri scienziati siamo degli squattrinati ambasciatori che con mezzi rudimentali cercano di comprendere la realtà. Noi non creiamo qualcosa che non esiste e se dovessimo farlo, per sbaglio o per dolo (esistono anche scienziati corrotti, non siamo mica tutti santi) i colleghi ci metterebbero poco tempo per smascherarci e distruggerci, tanto che una delle più grandi frodi scientifiche degli ultimi anni è stata smascherata proprio dal meccanismo stesso della scienza: la ripetibilità. Uno studio, qualsiasi sia, deve essere ripetibile. Ecco allora che quando un medico disse di aver trovato un legame tra vaccini e autismo, venne smascherato con prove oggettive da altri studi, condotti in modo rigoroso e oggettivo, che smentivano le sue conclusioni. Si scoprì, poi, che il medico aveva pilotato di proposito l’esperimento e i dati per confermare la sua malata idea iniziale. Tradotto nel linguaggio poliziesco, che sembra più scevro da pregiudizi: voi dareste ascolto a un inquirente che fabbrica una prova ad hoc per incastrare un indagato? È una scelta moralmente sostenibile questa?
 Prendervela con noi, allora, equivale a prendersela con l’Universo perché le sue leggi funzionano in questo modo e ha lo stesso senso che bestemmiare contro la gravità se ci buttiamo dal 6° piano e poi ci sfracelliamo. Alzate la voce quanto di pare ma nulla eviterà il botto.

Alla fine di questo lungo post, allora, mi rivolgo a voi, che stando ai dati siete quasi la maggioranza di questo Paese. Vi hanno chiamato analfabeti funzionali e rappresentate il 47%. Ma sono fiducioso sul fatto che, quando si tratta di scienza e di temi sensibili come le scie chimiche e lo sbarco sulla Luna, possiate essere anche di più. A voi che avete elevato l’ignoranza a status di cui andare fieri. A voi che non sapete né volete riconoscere le prove che descrivono la realtà, che credete alle opinioni dei ciarlatani, disprezzando chi è invece titolato a parlare di un argomento. A voi che non comprendete un testo (probabilmente neanche questo). A voi che pensate che studiare equivalga a far parte dell’enorme complotto che cerca di fregarvi l’esistenza, quando invece vi siete bruciati con le vostre mani decidendo di frequentare l’università della vita. A tutti voi, che non comprendendo una cosa, automaticamente crediate che sia falsa e vi arrogate il dovere di farlo sapere al mondo. A voi che non accettate che ci siano persone più intelligenti e istruite di voi, dico una cosa semplice: siete degli idioti. Non ve la prendete; tanto non servirà a niente. Potete inveire contro di me e contro tutti noi scienziati quanto volete ma la realtà è questa: le scie chimiche sono una boiata, sulla Luna ci siamo andati e voi restate degli idioti. Non vi piace questa parola? Allora vi dico che siete degli schifosi razzisti. Non ve la prendete più pubblicamente (più o meno) con chi ha la pelle diversa perché la società ormai non lo accetta più, così vi scagliate contro chi ha potuto e voluto studiare. Il nuovo razzismo, a volte persino incoraggiato dai mass media e dalla società, è questo, è culturale. Badate bene, non è un razzismo classista, che se la prende con i ricchi che opprimono i poveri. E’ molto peggio, perché istruzione e cultura sono appannaggio di tutti, anche dei più poveri come me. Siete degli schifosi razzisti con un ego spropositato: va meglio così? A questo punto avete l’imbarazzo della scelta: siete degli idioti o dei razzisti di m…., o entrambi. In ogni caso, siete la vergogna dell’umanità, quella stessa umanità che 50 anni fa si è riunita attorno all’impresa più grande della sua storia: lo sbarco sulla Luna. Siete la vergogna dei vostri nonni e dei vostri padri, che non hanno mai avuto il minimo dubbio da quale parte schierarsi: loro erano ignoranti ma non idioti. Pur non comprendendo come fosse possibile andare sulla Luna, nel 1969 erano tutti lì, a spingere Neil Armstrong, Buzz Altrin e Michael Collins verso quel mondo lontano che incarnava, in tantissimi umani, il simbolo della rinascita dopo gli anni più bui della nostra storia. Pur non comprendendo come funzionassero i vaccini erano in grado di ascoltare il dottore e di deridere lo scemo del villaggio che al bar predicava, dopo abbondante vino, che questi fossero una truffa. Erano umili e consapevoli dei loro limiti e di quelle enormi conquiste tanto preziose dopo secoli di sofferenze immani. Siete quindi la vergogna della specie umana perché state commettendo un errore che pagheremo presto tutti molto caro: state rinnegando voi stessi e le imprese che hanno permesso a tutti voi di poter vivere la vita agiata che oggi conoscete, di scrivere sullo schermo del computer, di controllare i vostri contatti su Facebook, di raggiungere qualsiasi destinazione con le vostre comode auto. State sputando sulle tombe dei vostri antenati che si sono battuti per regalare a voi, sfigati razzisti, un mondo ben più facile di quello in cui sono vissuti, ricco di sogni e di speranze che loro non hanno potuto perseguire.
Usate nelle vostre tristi vite tutti i risultati scientifici di decenni di studi e di ricerche da parte degli odiosi scienziati, ma continuate a negare gli eventi epocali che hanno dato il via a questa rivoluzione tecnologica e culturale, trascinando la specie umana verso un nuovo, vero, medioevo.

A tutti voi, che nutrite verso di me un odio ancora più massiccio, ora che ho attirato la vostra attenzione con qualche (giusto) insulto, dico solo un’ultima cosa. Ma contrariamente a quanto possiate pensare, non è un insulto, piuttosto una speranza. Guardatevi allo specchio e provate a riconoscere i pessimi esseri umani che siete diventati. Guardatevi e provate a sentire il peso della vergogna per tutto il fango e il disprezzo che provate nei confronti di noi scienziati e divulgatori. Non odiate noi, né la realtà che descriviamo; forse odiate voi e la vostra vita; forse vi sentite impotenti e travolti da cose che non comprendete. Non so quale sia la spiegazione, ma vi prego, trovatela e rimettete sui giusti binari la vostra vita. Ognuno di noi conta per uno ma in una società tanto connessa anche un solo individuo può cambiare il mondo. E il mondo siete voi, siamo noi, siamo tutti insieme. Trovate un minimo di amore per voi e per la nostra specie. Non sentitevi travolti, non fate le vittime del sistema, perché ognuno di noi appartiene al sistema ed è in grado di cambiarlo, a partire dai piccoli comportamenti quotidiani e dal modo di pensare. Aprite un libro di fisica, aprite la home page della NASA e iniziate a studiare. Sconfiggete il pregiudizio, abbandonate il razzismo e ritrovate almeno parte di quella pura voglia di esplorare, di conoscere, di migliorare, che avevate da bambini. Ora che siete diventati grandi, avete la grandissima opportunità di poter mantenere quegli straordinari istinti e cercare risposte grazie alla logica e alla razionalità. E in un’epoca tanto connessa non c’è neanche bisogno di studiare tutti quei simboli matematici tanto astrusi: basta sapere di chi fidarsi e saranno loro, i divulgatori della scienza, a farvi capire quanto è meraviglioso l’Universo là fuori e straordinariamente potente quello che abbiamo dentro di noi. Perché siamo ancora una grande specie e grande è il futuro che ci aspetta. Ricominciamo a sognare e a pensare, o ci estingueremo.

lunedì 6 febbraio 2017

La scoperta dell'Universo, parte 2: la vera natura delle "nebulose spiraliformi"


Osserviamo questa foto e proviamo ad andare oltre la mera bellezza. Stiamo ammirando la nebulosa di Andromeda, che copre nel cielo un’area 12 volte superiore a quella della Luna piena vista a occhio nudo ed è un ottimo rappresentante di quella classe di nebulose spiraliformi che fino agli anni ’20 del ‘900 facevano discutere molto gli astronomi circa la loro natura. In questa immagine scattata con un piccolo telescopio da 70 mm di diametro possiamo indagare meglio la struttura di questi strani oggetti.

Il colore, intanto, si conferma differente da quello che ci aspetteremmo da una distesa di gas rarefatto di una vera nebulosa. Se potessimo scomporre la sua luce con una specie di prisma noteremmo molto bene che la luce si estende su una grande varietà di colori, o lunghezze d’onda, al contrario dell’emissione a righe strette e molto rade delle nebulose. Sembra proprio di stare osservando un oggetto che ha proprietà più simili alle stelle, ma non a un singolo astro, piuttosto a un gruppo molto eterogeneo. A proposito di stelle, uno sguardo d’insieme ci dà l’impressione che nei pressi della porzione di colore azzurro il loro numero aumenti. Abbiamo trovato il modo di capire la natura di quest’oggetto misterioso? Se riuscissimo a trovare degli astri particolari, come le Cefeidi, ed essere sicuri che appartengano alla nebulosa di Andromeda, potremmo misurarne la distanza senza grossi problemi.

Eccoci allora arrivati a quello che sembra uno dei due grossi colpi di fortuna della storia dell’astronomia contemporanea citati nel post precedente. Nel 1917 gli Americani, da sempre fautori di opere esagerate, inaugurarono il telescopio più grosso del mondo sulla cima del monte Wilson. Il telescopio Hooker, così era stato chiamato, aveva un diametro di 100 pollici, ben 2,54 metri. Ecco quindi l’avanzamento tecnologico che avrebbe permesso di dirimere la questione sulle nebulose spiraliformi una volta per tutte. A questo punto la fortuna scelse “il chi”, ovvero il personaggio che avrebbe scritto la storia. Era un signore laureato in legge per volere del padre e uno sportivo di ottimo livello, che poi non riuscì a resistere alla passione di una vita e prese un dottorato in astronomia proprio nel 1917. Si chiamava Edwin Hubble e la sua tesi di dottorato sull’investigazione fotografica delle nebulose deboli era l’argomento perfetto per venir approfondito attraverso il telescopio più grande del mondo. Il fondatore, George Hale, lo volle infatti nel suo staff e Hubble divenne a quel tempo uno degli astronomi più invidiati al mondo. Per il come, invece, la sorte scelse una nebulosa famosa e una classe di oggetti appena caratterizzata: la nebulosa di Andromeda e le Cefeidi di Henrietta Leavitt.

Hubble ottenne quelle che al tempo erano le fotografie più dettagliate e profonde che essere umano avesse mai scattato all’Universo e cercando su quelle lastre traccia di stelle particolari notò quella che presto identificò come una variabile Cefeide. Era debolissima, molto più debole di quelle che Ejnar Hertzsprung aveva utilizzato per misurare la distanza delle varie zone della Via Lattea.
Applicando la relazione periodo-luminosità Hubble scoprì che quella debolissima stellina doveva trovarsi molto oltre i confini stimati della Via Lattea. Se quella stella apparteneva alla nebulosa di Andromeda, non poteva trattarsi di una mera distesa di gas dalle proprietà ancora sconosciute, ma di un sistema esteso almeno quanto la Via Lattea e a questo punto contenente miliardi di stelle.

Hubble aveva appena risolto un dilemma che aveva assunto i contorni di un grosso mistero, ma aveva anche lasciato in eredità un fardello difficile da digerire per tutte le generazioni a venire. La cupola protettiva si era sollevata del tutto: l’Universo era cresciuto in dimensioni ben oltre la nostra immaginazione. Da allora niente sarebbe stato lo stesso e tutto, di nuovo, sarebbe stato da scoprire. Quell’insignificante dettaglio che era l’unico dubbio a una conoscenza perfetta di un Universo statico, immobile e dominato dalla Via Lattea quale unica galassia, era stato il cavallo di troia che distrusse le certezze di un’intera generazione di astronomi e aprì le porte alla più grande rivoluzione culturale e scientifica della storia.



Oggi basta un telescopio 10 volte più piccolo di quello utilizzato da Edwin Hubble per ottenere un’immagine 10 volte più dettagliata di quella che gli ha permesso di scoprire la natura extragalattica della nebulosa di Andromeda e non avere più dubbi di alcun tipo, sebbene la nostra mente continuerà a faticare per tutta la vita ad accettare tutto questo.


venerdì 3 febbraio 2017

Quante galassie ci sono nell'Universo? Una nuova, incredibile, stima



Il bello della scienza, sia per chi la fa che per chi ne segue l’evoluzione da spettatore interessato, è il fatto di non essere mai noiosa perché le nostre conoscenze sono in continua evoluzione e si avvicinano sempre di più alla descrizione della realtà che ci circonda. Questo è vero in modo particolare quando vogliamo rispondere alle più importanti domande che riguardano il funzionamento e le proprietà dell’Universo. In un ambiente tanto vasto e complesso, sono molti i campi in cui le nostre conoscenze rappresentano solo un’approssimazione della descrizione della realtà. E’ qui che la scienza deve indagare più a fondo per arrivare a delle risposte quanto più possibile precise.

Molto tempo fa, su questo stesso blog, avevo tentato di rispondere a una domanda che molti curiosi si fanno: quante galassie ci sono nell’Universo? La risposta l’avevamo data osservando la più profonda immagine ottica mai scattata dal telescopio spaziale Hubble, dove in una zona di cielo casuale, non disturbata da gas e polveri della nostra galassia, avevamo contato circa 10 mila remote galassie. Da lì il gioco fu semplice: bastava moltiplicare quel numero per tutta l’estensione del cielo, supponendo (a ragione) che le galassie sono distribuite in modo uniforme nello spazio. Il risultato era un numero incredibile: dalle 200 alle 300 miliardi di isole di stelle.
 
Ora si è scoperto che quel valore potrebbe essere sottostimato persino di un fattore 10. Come mai? La domanda che dobbiamo porci per avvicinarci al numero reale di galassie nel nostro Universo è semplice, non prevede una laurea in astrofisica ed è la seguente: riusciamo a osservare tutte le galassie da qui agli albori dell’Universo? Ovvero: ci possono essere, sempre in quell’immagine, galassie tanto deboli e piccole da essere sfuggite all’occhio di Hubble?

L'Hubble Ultra Deep Field: la base di partenza per fare una nuova stima del numero di galassie nell'Universo

Se per farci domande non serve una laurea, per cercare una risposta sì: se non abbiamo le capacità di fare una seria ricerca che possa darci una risposta in modo oggettivo, oltre ogni ragionevole dubbio, dobbiamo affidarci al lavoro di altre persone che lo fanno con serietà e professionalità.
Nel nostro caso uno studio guidato da Christopher Conselice della University of Nottingham, U.K, sembra gettare nuova luce sulla nostra conoscenza delle grandi scale dell’Universo. Conselice e i colleghi si sono infatti guardati intorno e si sono fatti un paio di domande. L’immagine ultra profonda di Hubble mostra tantissime galassie, molte delle quali con una massa simile a quella della Via Lattea. Ma se guardiamo nel nostro “giardino”, ovvero nelle vicinanze della Via Lattea, che tipo di galassie troviamo? Il gruppo a cui appartiene la Via Lattea è composto da 3 galassie di grandi dimensioni (Via Lattea, Andromeda, galassia del Triangolo) e da almeno 40-50 piccole galassie nane di forma ellittica o irregolare, molte delle quali sono tanto deboli da risultare quasi invisibili con i grandi telescopi, nonostante la vicinanza (non più di qualche milione di anni luce). È qui il segreto per capire quante galassie potrebbero esserci nell’Universo e la domanda delle domande è: come sono distribuite in massa le galassie? Quante galassie nane, quasi invisibili, ci sono per ogni isola grande e luminosa come la Via Lattea, Andromeda o la galassia del triangolo? Quante galassie nane, invisibili, ci sono per ogni punto luminoso dell’immagine ultra profonda di Hubble? Probabilmente molte. Se non abbiamo la presunzione di credere che lo spazio locale in cui viviamo sia in realtà un sistema privilegiato dove vigono regole eccezionali, allora è lecito supporre che la proporzione tra galassie brillanti e deboli sia la stessa in ogni altro punto dello spazio. 

Le domande successive non sono meno importanti: come evolvono le galassie con il tempo? Ovvero, 13 miliardi di anni fa, agli albori dell’Universo, quante galassie c’erano e quante se ne dovevano ancora formare? La proporzione tra galassie luminose e brillanti era la stessa o è variata nel tempo? La questione è importante perché in ogni foto profonda, come quella di Hubble, noi stiamo osservando uno spaccato tridimensionale del cielo, la cui profondità contiene tempi diversi: gli oggetti più distanti appartengono a un Universo molto più giovane di quello che compete alle galassie più vicine. Capire come varia il numero di galassie in funzione dell’età dell’Universo è quindi fondamentale per riuscire a contarle tutte. 

C'è ancora un'altra domanda che dobbiamo porci, per avere ben chiara la situazione e procedere, con consapevolezza, alla nuova stima del numero delle galassie e deve tenere conto dell'espansione dell'Universo. L'immagine di Hubble è stata ottenuta alle lunghezze d'onda visibili, dove le galassie emettono la maggior parte della radiazione elettromagnetica. Tuttavia più lontano guardiamo nello spazio e più vediamo la luce spostata verso il rosso. A oltre dieci miliardi di anni luce di distanza lo spostamento verso il rosso è tanto pronunciato che quello che noi pensiamo di osservare nel visibile appartiene invece alla parte ultravioletta dello spettro emesso da quella remota galassia. La domanda è quindi la seguente: quante galassie ha mancato il campo ultraprofondo di Hubble a causa dello spostamento verso il rosso, che ha spostato la banda visibile verso le regioni infrarosse dello spettro per gli oggetti più distanti? Per dare risposta a quest'effetto particolare, che potrebbe regalarci una rappresentazione sballata dell'Universo, bisogna effettuare fotografie altrettanto profonde anche in altre bande, come l'infrarosso.

Il team di Conselice ha quindi cercato di tenere conto di queste variabili e grazie a un modello computerizzato è arrivato a ricostruire una versione 3D di questa straordinaria immagine di Hubble, che contiene il numero di galassie che ci si aspetta in un tale volume di spazio. Non sono più 10 mila, ma circa 100 mila, sebbene il 90% non sia visibile. A questo punto, moltiplicando per tutta l’estensione del cielo si arriva a una nuova, incredibile, stima del numero di galassie nell’Universo osservabile: circa 2 mila miliardi, ovvero 2 trilioni. Questo non vuol dire che l’Universo è un ambiente più massiccio di quanto pensavamo, anzi. Fino a questo momento il conteggio di galassie sulla base di quelle visibili dall'immagine profonda di Hubble portava a un deficit di massa visibile rispetto a quella calcolata stimando la densità di materia nell'Universo locale. Ora le cose sembrano tornare e l'apparenza inganna, di nuovo: non è detto che ciò che è appariscente rappresenti la maggioranza di una classe di oggetti. È un comportamento, questo, molto simile a quello seguito dalle stelle: gli oggetti di piccola massa sono molto più numerosi di quelli di grande massa, sebbene quest’ultimi si facciano notare molto meglio perché milioni di volte più luminosi. A quanto pare l’Universo ama replicare su scale diverse le cose ben riuscite e noi dovremmo aver imparato la lezione, anche nella vita reale: mai giudicare una situazione dalle apparenze.

Due mila miliardi è quindi la migliore stima che abbiamo delle galassie dell’Universo osservabile. Ricordiamoci, però, qual è il significato dell’aggettivo “osservabile”: la porzione di spazio a noi accessibile. Questa non è limitata dalle nostre capacità tecnologiche, ma dalla velocità finita della luce. Poiché l’Universo ha quasi 14 miliardi di anni, noi non possiamo vedere oltre una sfera dal raggio di circa 14 miliardi di anni luce. Secondo le attuali conoscenze, tuttavia, l’Universo sarebbe un posto molto più grande, almeno miliardi di miliardi di miliardi di volte più esteso. Com’è possibile tutto questo? Alla base c’è un’interessante teoria chiamata inflazione, che agli albori dell’Universo lo ha fatto espandere, per un tempo brevissimo, molto più rapidamente della velocità della luce. Ma questo è un argomento che esula dal nostro post.

Prima di tuffarci verso nuove domande, prendiamoci un momento di riposo per trasformare i meri numeri in emozioni. Siamo consapevoli di quello che abbiamo appena letto? Viviamo in uno spazio in cui ci sono 2 mila miliardi di galassie, tanto immense da contenere centinaia di miliardi di stelle ciascuna, ma talmente lontane le une dalle altre che anche con i più potenti telescopi possiamo osservarne appena il 10%. Riuscite a immaginare l’immensità dello spazio intorno a noi, il numero di stelle totale e quanti pianeti potrebbero esserci solo nella porzione a noi accessibile dell’Universo? Riuscite a comprendere quanto siamo insignificanti, noi e il nostro ego smisurato, per l’Universo? Nessuno riesce a comprendere in fondo queste grandezze, ma è sufficiente avvicinarsi alla consapevolezza quel tanto che basta da provare un lungo brivido sulla schiena. Se riuscissimo ad arrivare a questo punto, avremmo già compreso molto, incluso il modo per rendere migliore questa nostra società, che ha dimenticato del tutto l’ambiente in cui vive e l’Universo immenso che la circonda.


mercoledì 1 febbraio 2017

La scoperta dell'Universo, parte 1: i primi del '900 e le Cefeidi di Henrietta Leavitt

 Questo rappresenta il primo di una serie di post, estratti dal mio libro "La straordinaria bellezza dell'Universo", in cui si caratterizzano le sorprendenti proprietà dell'Universo a grande scala: dalla scoperta di alcune stelle particolari che hanno consentito rivelare la vera natura delle "nebulose spiraliformi" alla sorprendente espansione dell'Universo, fino alla caratterizzazione del Big Bang e delle prove osservative arrivate nel corso degli anni. Si tratta di poco più di un secolo di astronomia moderna che ha rivoluzionato la nostra idea dell'Universo, della scienza, della fisica e persino del nostro posto nel Cosmo. Una rivoluzione scientifica e culturale che, forse, non ha conosciuto eguali in tutta la nostra storia. 


A partire dalla seconda metà del diciannovesimo secolo, fino agli anni 20 del novecento, l'astronomia si trasformò rapidamente in astrofisica: dallo studio della posizione dei corpi celesti (astronomia) si iniziò a indagare con sempre maggiore dettaglio la loro natura e le loro proprietà (astrofisica). Grazie a telescopi sempre più potenti, alla nascita della spettroscopia che permetteva di scomporre la luce degli oggetti celesti e della fotografia, che forniva uno straordinario e oggettivo strumento di misurazione e confronto tra diversi osservatori, l'Universo divenne in breve tempo un ambiente sempre meno sconosciuto.

Se la seconda metà del diciannovesimo secolo aveva fornito le basi tecnologiche per la seconda rivoluzione astronomica della nostra storia, il nuovo secolo fu caratterizzato da un personaggio eccezionale: Albert Einstein. Nel 1905 diede una risposta definitiva al bizzarro comportamento dell'effetto fotoelettricoo, lo stesso alla base del funzionamento di tutti i sensori digitali, che aprì la strada alla meccanica quantistica. Nello stesso anno (anzi, nella stessa pubblicazione!) espose la teoria della relatività ristretta, rivoluzionando i concetti di spazio e tempo. Nel 1916 descrisse più in dettaglio le straordinarie proprietà dello spazio-tempo e raccontò di un Universo statico, che probabilmente era sempre esistito. Sir Arthur Eddington utilizzò a stretto giro le scoperte di Einstein per teorizzare e provare la struttura delle stelle, il loro ciclo vitale, la loro composizione chimica e la fonte della loro energia. In questo contesto la spiegazione dei diversi tipi di nebulose divenne una logica conseguenza dei modelli di evoluzione stellare. Era l’età d’oro dell’astronomia: la nebbia su quel cielo oscuro si era diradata in modo spettacolare e con una velocità esponenziale.

Restavano due punti delicati, che sembravano solo dettagli in attesa di essere chiariti da lì a breve con migliori osservazioni, che non avrebbero comunque messo in pericolo tutto l’apparato di conoscenze che si era creato.
Il primo punto era un cruccio di Einstein, chiamata costante cosmologica. Tra tutta l’eleganza e l’ineccepibile apparato fisico e matematico della teoria della relatività generale, quel parametro, identificato come Lambda (Λ), stonava un po’ perché appariva più come un atto di fede che una grandezza con un fondamento fisico. L’atto di fede, consapevole o meno, era la convinzione più forte che l’uomo si era mai creato, ancora più vigorosa dell’immutabilità dello spazio e del tempo: la certezza di un Universo immobile.
Le equazioni della relatività di Einstein dimostravano, invece, che in un Universo dominato dalla forza di gravità, capace di alterare spazio e tempo, non era previsto il concetto di staticità. Tutta la struttura dello spazio e del tempo avrebbe dovuto variare in dimensioni con il passare del tempo, come se tutto l’Universo fosse una rete elastica che poteva allungarsi e accorciarsi. Impossibile anche solo concepire una cosa del genere! Sarebbe come dire che lo spazio che separa me e tutte le altre persone è destinato a cambiare nel corso del tempo, che un giorno l’Universo potrebbe disintegrarsi e che un tempo lontano non doveva nemmeno esistere! Così Einstein introdusse il parametro di costante cosmologica, assegnandogli il giusto valore per convalidare la propria convinzione e quella di tutta l’umanità: l’Universo non si stava né contraendo né espandendo e aveva quindi vita infinita.

Il secondo punto delicato riguarda una questione puramente osservativa. In effetti fino a questo momento ci siamo concentrati a cercare oggetti peculiari come ammassi stellari e nebulose diffuse lungo la porzione più evidente della Via Lattea, là dove si concentra la grandissima parte delle stelle della Galassia. Tuttavia, puntando il telescopio lontano dalle zone più affollate scopriamo che il numero di stelle diminuisce in modo drastico, come ci si aspetta, ma non accade la stessa cosa agli oggetti diffusi. Lontano dalla Via Lattea si trovano ancora migliaia di nebulose, solo che hanno un aspetto molto particolare e in qualche modo differente rispetto a quelle finora classificate. Di cosa si tratta? Che tipo di nebulose sono? Perché si trovano dove le stelle, gli ammassi e tutte le nebulose conosciute diminuiscono in numero? E perché non ne vediamo di forme simili lungo la Via Lattea? Forse già sappiamo la risposta a queste domande, ma per rendere giustizia agli sforzi di generazioni di astronomi che hanno impegnato la loro vita per dare risposte che a noi sembrano scontate, ma che non lo erano affatto solo 100 anni fa, ripercorriamo in modo sintetico il percorso che deve fare la scienza per fornire prove oltre ogni ragionevole dubbio della realtà che vogliamo descrivere.

Henrietta Swan Leavitt
La storia che ha portato alla classificazione della classe di nebulose spiraliformi si intreccia in modo inevitabile con le vicende umane di quel periodo e riguarda personaggi e situazioni che ora ci sembrano lontanissimi dal nostro modo di pensare.
Presso l’osservatorio di Harward, il direttore Pickering era un amante delle donne, giudicate piacevoli da guardare, di basso costo e molto brave nello svolgere mansioni noiose e ripetitive. Era la fine dell’800 e in attesa dei primi computer digitali ci si accontentava dei cosiddetti calcolatori manuali: le donne. Il loro compito era molto semplice ma piuttosto noioso: elaborare e catalogare i dati fotometrici e spettroscopici di migliaia e migliaia di stelle attraverso l’attenta analisi di grosse lastre fotografiche. La più famosa calcolatrice umana è di sicuro Annie Jump Cannon, il computer più potente del mondo che riusciva a classificare e archiviare fino a 3 spettri stellari al minuto. Nella sua vita si dice che abbia classificato più di mezzo milione di stelle.
Ma questa storia non riguarda lo straordinario lavoro o la proverbiale pazienza di Miss Cannon, piuttosto le vicende di un’altra calcolatrice umana di umili origini, con una famiglia da sfamare e per di più sorda: Henrietta Leavitt. Il suo compito era catalogare e calcolare la luminosità apparente delle stelle delle Nubi di Magellano. Con una lente di ingrandimento e pochi altri strumenti rudimentali, annotava la posizione degli astri ripresi sulle lastre fotografiche, ne stimava la luminosità apparente e si curava di vedere se questa fosse variata da una fotografia all’altra.

Questo lavoro lungo e noioso, che avrebbe messo a dura prova la sanità mentale di molte persone, venne ripagato con una straordinaria scoperta: alcune stelle cambiavano la propria luminosità in modo regolare, con un periodo legato alla magnitudine apparente media. Stelle più brillanti impiegavano più tempo per variare luminosità e tornare allo splendore iniziale, mentre quelle meno potenti compivano il percorso in un tempo minore. Poiché le stelle che stava osservando si trovavano tutte alla stessa distanza dalla Terra, in una piccola galassia satellite distante qualche centinaio di migliaia di anni luce, queste differenze in luminosità non erano dovute a differenti distanze, ma a variazioni reali della struttura delle stelle, a cambiamenti nella quantità di potenza emessa. Fu la svolta: Henrietta Leavitt aveva appena scoperto su scala cosmica un meccanismo simile a quello che nelle fredde serate di Dicembre fa variare la luminosità delle luci dell’albero di Natale, con la fondamentale proprietà che nell’Universo le luci più potenti hanno un periodo di pulsazione più lungo di quelle meno potenti.

Queste stelle vennero chiamate Cefeidi e rappresentano ancora oggi uno straordinario strumento per misurare la distanza degli oggetti. Una volta calibrata quella che viene chiamata relazione periodo-luminosità, ovvero una volta che si ha un campione di Cefeidi di distanza conosciuta a cui associare una potenza reale e non più una luminosità apparente che dipende dalla distanza, possiamo usare questi astri come se fossero i cartelli che sulle nostre strade segnano i chilometri percorsi. Questa è infatti un’altra spettacolare e inaspettata legge dell’Universo: tutte le Cefeidi si comportano allo stesso modo, senza eccezioni. Tutte le Cefeidi dell’Universo possono quindi essere utilizzate per stimare la distanza in modo piuttosto preciso, annotando semplicemente il periodo che impiegano a compiere un’intera pulsazione. Il metodo è potentissimo e straccia tutti gli altri, molto limitati, che erano fino a quel tempo serviti per misurare in modo piuttosto rozzo la distanza degli oggetti celesti. Per di più le Cefeidi sono tra le stelle più luminose dell’Universo, quindi visibili anche a enormi distanze.





Questa nuova scoperta diede un forte impulso all’astronomia, che stava cercando con enorme fatica un modo per determinare con facilità le distanze degli oggetti che in cielo, a noi, sembrano purtroppo tutti proiettati sulla stessa cupola di cristallo.
Cosa c’entra il metodo di misura delle distanze attraverso le Cefeidi con la natura di quelle misteriose nebulose spiraliformi e con la struttura dell'Universo? Se il caso nel funzionamento dell’Universo non esiste, molte delle vicende umane legate alla sua comprensione sembrano invece caratterizzate da eventi fortuiti; quei colpi di fortuna che nessuno si aspetta e che di punto in bianco rivoluzionano la nostra conoscenza delle cose. Nell’astronomia dell’ultimo secolo sono stati due i colpi di fortuna più spettacolari. Uno lo vedremo nel prossimo post; per l’altro dovremo aspettare un po' di più. Prestissimo, però, capiremo che, a un certo punto del nostro percorso di indagine di un fenomeno, la fortuna si limiterà a scegliere il chi e il come, ma raramente determinerà il se. In altre parole: quello che sembra un colpo di fortuna spesso è solo la naturale conseguenza di un processo di avanzamento tecnologico e mentale che non può più evitarci quella scoperta.

sabato 28 gennaio 2017

L'ipnotica danza di quattro pianeti extrasolari

Moltissimi pianeti extrasolari, o esopianeti, sono tanto deboli e vicini alle proprie stelle da non essere visibili nemmeno con i più potenti telescopi. Per mettere in evidenza la loro presenza e scoprire le loro proprietà, quindi, ci si affida ai metodi indiretti che, a dispetto del nome poco rassicurante, sono molto precisi e affidabili. In pratica, si studiano le variazioni di velocità e/o luminosità che la stella subisce a causa dell'eventuale presenza di uno o più corpi celesti che le orbitano attorno. È tutto molto bello, elegante e funzionante ma anche l’occhio a volte vuole la sua parte e non sarebbe male riuscire a fotografare in modo diretto questi lontani mondi.

Per capire quanto è difficile riuscire a rubare un’immagine di un pianeta extrasolare, possiamo fare un paragone con il nostro Sistema Solare e il gigante dei pianeti: Giove. Ebbene, se osservato alla distanza di appena 30 anni luce (molto vicino!) apparirebbe separato dal Sole di appena mezzo secondo d'arco, circa le dimensioni apparenti di una moneta da due euro vista a più di 8 chilometri di distanza. Ma questa è solo una parte del problema, che diventa ancora più complicato se consideriamo la differenza di luminosità tra il Sole e Giove: diversi milioni di volte. In queste condizioni risulta quasi impossibile, con l'attuale generazione di telescopi, riuscire a osservare la debole luce del pianeta, che sarà soffocata dalla luminosità della stella. Meglio non pensare, allora, a come possa essere la situazione per i corpi più piccoli e interni (e interessanti) come Marte o, peggio, la Terra. 

Non tutti i pianeti extrasolari, però, sono oltre le possibilità dei nostri migliori telescopi e un bell'esempio è rappresentato dalla stella HR8799, un astro nella costellazione di Pegaso, 1,5 volte più massiccio del Sole, formatosi solo 60 milioni di anni fa e distante circa 130 anni luce dalla Terra. Attorno a questa stella sono stati scoperti, con il metodo diretto, ben quattro pianeti giganti, con una massa dalle 7 alle 10 volte superiore a quella di Giove. Questi corpi celesti orbitano a grande distanza dalla propria stella, da 14,5 Unità Astronomiche per il più interno a 68 Unità Astronomiche per il più esterno, vale a dire da 2 miliardi a 10 miliardi di chilometri, una distanza ben superiore a quella che nel Sistema Solare è occupata dai pianeti (Nettuno, il più esterno, arriva a 4,5 miliardi di chilometri). Stiamo osservando quindi un sistema molto particolare, che non ha niente in comune con il nostro, sia per quanto riguarda la massa dei pianeti che la loro distanza. Meglio non pensare nemmeno a eventuali forme di vita perché questi oggetti potrebbero somigliare più a una debole stella che a un pianeta come siamo abituati a considerarlo.


Questi quattro pianeti giganti sono stati scoperti e seguiti con il telescopio Keck situato nelle Hawaii, un grande strumento dotato di ottiche adattive che riescono ad attenuare la turbolenza atmosferica della Terra muovendo diverse volte al secondo i tasselli che compongono lo specchio primario. Con particolari tecniche di elaborazione si è ridotto l’enorme disturbo della luce stellare e, come per magia, attorno a quest’anonima stellina sono comparsi quattro deboli punti. Sono pianeti o stelle che sembrano prospetticamente vicine? Per scoprirlo, senza l’ausilio dei metodi indiretti, l’unico modo è seguirne il movimento: se questi quattro deboli punti ruotano attorno alla stella centrale allora non c’è dubbio: sono dei pianeti. La conferma della natura planetaria è arrivata poco dopo la loro scoperta ma ora, a distanza di oltre 7 anni da quella prima, spettacolare, foto, è trascorso sufficiente tempo per vedere un’altra piccola parte di Universo evolvere. L’animazione, composta dallo studente Jason Wang dell'università della California, raccoglie le immagini acquisite al telescopio Keck dal 2009 al 2016 da parte di Christian Maois del National Research Council of Canada's Herzberg Istitute of Astrophysics e mostra il lento ma evidente moto di questi lontanissimi mondi. I periodi di rivoluzione sono di circa 40 anni per il più interno e di 400 anni per il più esterno: servirà ancora molto tempo per osservare un’orbita completa ma questa animazione rappresenta un altro piccolo, e fondamentale, tassello della storia della nostra conoscenza del Cosmo.



Siamo ancora lontani dall’osservare pianeti di taglia terrestre vicini alle proprie stelle, e probabilmente sarà impossibile riuscire a risolvere il disco di questi oggetti e scrutare quindi la loro superficie (servirebbero telescopi ottici di centinaia, migliaia di chilometri di diametro), ma non c’è dubbio che in questo caso l’occhio è stato accontentato. Questi pianeti, anche per i più scettici, ora esistono, si possono osservare e se ne può tracciare il moto attorno alla stella.

Non sarà l’animazione più bella del mondo; non ci sono colori, sfumature, contrasti degni di spettacolari opere d’arte che inondano gli occhi di meraviglia, ma nonostante questo non riesco a smettere di osservarla, ipnotizzato dall’Universo in movimento, da quei mondi lontani centinaia di migliaia di miliardi di chilometri che obbediscono alle stesse leggi della fisica che permettono alla Terra di vivere tranquilla attorno alla nostra Stella. Quei mondi sono reali, ci stanno comunicando la loro esistenza, le loro proprietà, il loro moto, così come appariva circa 130 anni fa. Quando la luce che stiamo osservando è partita da quel sistema, non avevamo ancora idea che nell'Universo ci fossero altri pianeti, persino altre galassie. Non eravamo neanche in grado di volare nell'aria, figuriamoci nello spazio. Il tempo che la luce ha impiegato ad attraversare un centomillesimo del diametro della Galassia, uno schiocco di dita per l'Universo, è stato sufficiente per trasformarci da una società che usava i cavalli per spostarsi a una specie che ha camminato sulla Luna e ha esplorato tutti i pianeti del Sistema Solare. Una specie che ha costruito una mastodontica stazione spaziale a 400 km dalla superficie e che anche grazie a questa ha fatto immensi progressi in ogni ambito della scienza, dalla medicina all'astrofisica, dalla biologia alla geologia. Questo, e molto altro, ci comunicano le immagini dell'Universo, se si guarda oltre la mera bellezza che colpisce la retina. Perché vedere attraverso gli occhi è bello, ma riuscire a osservare con la mente regala un'estasi ben più duratura e profonda di qualsiasi bella immagine.

Per approfondire:  https://astrobiology.nasa.gov/news/a-four-planet-system-in-orbit-directly-imaged-and-remarkable/