Misurare l'Universo

L'ultimo post pubblicato dall'astrofisico Amedeo Balbi nel suo blog è dedicato all'imminente transito di Venere, del quale mi sono occupata pure io, nel mio infinitamente piccolo. :-) [A proposito, ti sei ricordato di puntare la sveglia per domattina? ;-)] Tra l'altro l'autore ha raccontato che in passato «osservare il transito di Venere era la chiave per misurare con precisione la distanza della Terra dal Sole e, a cascata, quella di tutti gli altri pianeti», sfruttando la terza legge di Keplero e applicando il metodo della parallasse. Quest'ultimo è spiegato in un breve video realizzato dall'Osservatorio di Greenwich che illustra in modo semplice e chiaro i vari approcci per misurare le distanze degli oggetti nell'Universo. Eccolo qui sotto.

Measuring the Universe from Royal Observatory Greenwich on Vimeo.

Ho trovato questo video talmente interessante e ben fatto che ho deciso di riportare qui di seguito la traduzione italiana del parlato, decisamente facilitata dalla presenza dei sottotitoli. ;-)

L'Universo è assolutamente enorme, e per me è davvero sorprendente che siamo in grado di effettuare delle osservazioni da questo piccolo, minuscolo pianeta e di misurare realmente la distanza di oggetti che sono così incredibilmente lontani.
Immagina di guidare lungo una strada e di guardare fuori dal finestrino. I recinti lungo la strada sembrano correre via molto in fretta, gli alberi più distanti paiono muoversi più lentamente, e le montagne lontane sembrano muoversi a malapena. Ciò è dovuto al fenomeno della parallasse, che possiamo usare per misurare le distanze. Supponiamo che tu desideri sapere quanto è lontano un albero. Potresti fermare la macchina e scattare una foto dell'albero con la montagna sullo sfondo. Se tu proseguissi lungo la strada e scattassi un'altra foto, vedresti lo spostamento della posizione dell'albero rispetto alla montagna. E se tu conoscessi la distanza che hai percorso lungo la strada, potresti eseguire alcuni semplici calcoli per determinare la distanza dell'albero da te.
È in questo modo che misuriamo la distanza delle stelle più vicine. Anziché viaggiare per strada, usiamo il movimento della Terra mentre orbita attorno al Sole. In osservazioni acquisite a sei mesi di distanza, le posizioni delle stelle vicine si sposteranno rispetto alle stelle più distanti sullo sfondo. E possiamo usare la medesima geometria per determinare la distanza delle stelle vicine da noi. Ma la stragrande maggioranza degli oggetti nello spazio si trovano molto più lontano. Come le montagne del nostro esempio, essi sembrano non muoversi affatto. Quindi, come facciamo a sapere a quale distanza si trovano?
Immagina di andare a passeggio per il Greenwich Park di notte, e di vedere una luce. Se la luce si allontana da te, la vedrai divenire più debole. E se si muove verso di te, essa apparirà più brillante. Se sai esattamente quanto è luminosa la luce – poniamo una lampadina da 40 watt – puoi usare la luminosità apparente per determinare la sua distanza da te. E puoi fare lo stesso per qualunque altra lampadina da 40 watt.
Ma altri tipi di luce potrebbero essere deboli e vicini... oppure brillanti e lontani. Solamente gli oggetti di luminosità nota, chiamati candele standard, possono essere utilizzati per misurare le distanze. Ci sono un sacco di cose differenti nell'Universo che usiamo come candele standard. Per esempio, le stelle Variabili Cefeidi divengono più brillanti e più fioche in una maniera regolare che ci dice quanto sono luminose. Così possiamo calcolare la loro distanza oppure la distanza della galassia in cui si trovano. Vi sono però dei limiti nell'impiego delle candele standard. E se qualcosa si venisse a trovare nel mezzo, coprendo parte della loro luce...? O se vuoi conoscere la distanza di una galassia che non ha candele standard?
Immagina un camion dei pompieri. La sua sirena emette onde sonore. Quando esso corre per la strada, le creste delle onde sonore davanti ad esso sono più ravvicinate rispetto a quelle dietro di esso. Poiché la distanza fra le creste delle onde sonore determina la loro tonalità, il suono della sirena risulta più acuto quando il camion si avvicina e più grave quando esso si allontana. Ciò è dovuto al cosiddetto effetto Doppler, che riguarda anche le onde luminose emesse da sorgenti in movimento.
Ora, onde più corte appaiono più blu e onde più lunghe appaiono più rosse. Possiamo usare questo spostamento della luce verso il blu e verso il rosso per studiare i movimenti degli oggetti nello spazio. Osservando le galassie contenenti candele standard, gli astronomi hanno scoperto che la luce proveniente da tutte le galassie lontane risultava spostata verso il rosso: più distante è la galassia, maggiore è lo spostamento verso il rosso. Adesso sappiamo che ciò avviene perché il nostro Universo si sta espandendo. Dal nostro punto di vista, tutte le galassie lontane sembrano allontanarsi da noi, perché lo spazio tra noi e loro si sta estendendo. Galassie più distanti sembrano allontanarsi più velocemente perché c'è più spazio tra noi ad espandersi. Le onde luminose che viaggiano fino a noi da galassie lontane sono spostate verso il rosso non perché si stanno allontanando da noi, ma perché si sono allungate viaggiando fino a noi attraverso il nostro Universo in espansione. Sappiamo quanto sono distanti gli oggetti nell'Universo lontano misurando quanto è spostata verso il rosso la loro luce.
La cosa più incredibile per me è in che modo tutte queste misure si basino l'una sull'altra. È soltanto conoscendo la scala del nostro Sistema Solare – la distanza fra la Terra e il Sole – che siamo in grado di misurare le distanze delle stelle vicine utilizzando la parallasse. Se possiamo stabilire quanto siano distanti alcune candele standard vicine mediante la parallasse, possiamo quindi usare il confronto tra candele standard per misurare le distanze di stelle e galassie più lontane. Infine, studiando i movimenti delle galassie con candele standard, impariamo che possiamo usare lo spostamento verso il rosso per misurare le distanze in tutto il nostro Universo in espansione.