Astronomia

L’astronomia (dal greco ἀστρονομία (astronomia) è formata da ἄστρον 'astron', 'stella' e da νόμος 'nomos' 'legge') si occupa dell’osservazione e lo studio dei corpi celesti. È una scienza con radici molto antiche, la maggior parte delle civiltà antiche, infatti, ha studiato la volta celeste.

I primi studi astronomici erano interessati alla posizione e ai moti relativi dei corpi celesti sulla sfera celeste.Questi studi si sono poi evoluti nel tempo per includere le nozioni offerte dallo studio della fisica e rendendo lo studio più interdisciplinare e dando nascita all’astrofisica moderne.

Fig. 1 - La galassia Sombrero osservata dal telescopio spaziale Hubble.

Astronomia definizione

L'astronomia è la scienza che studia l'aspetto, la posizione, i moti e le leggi che governano i corpi celesti. Anticamente questi studi erano limitati alla posizione e ai moti in cielo dei pianeti del sistema solare oppure di eventi e corpi celesti particolarmente brillanti. In epoca moderna, invece, si studiano le proprietà fisiche anche di oggetti al limite dell'universo visibile, con strumenti di altissima precisione e collaborazioni internazionali di enti di ricerca.

In questo senso, l'astronomia come disciplina si è evoluta passando da quella che era l'astronomia di posizione studiata da Tycho Brahe all'astrofisica moderna.

Differenza tra astronomia e astrologia

Astronomia e astrologia sono discipline che vengono spesso confuse nel quotidiano.

Sebbene entrambe basino le proprie fondamenta nei corpi celesti, l'astrologia non è basata sul rigore scientifico che è, invece, alla base dello studio astronomico. L'astrologia, infatti, è basata sulle credenze popolari e varia da cultura a cultura, in base ai vari sistemi zodiacali. Inoltre, l'astrologia è interessata esclusivamente alla posizione in cielo dei corpi del solo sistema solare.

L'astronomia, d'altro canto, trova le proprie fondamenta nel rigore scientifico, essendo una disciplina applicata della fisica. Lo studio dell'astronomia è quindi quello che segue i principi del metodo scientifico al fine di spiegare la natura fisica di tutti i corpi celesti, compresi quelli all'esterno del nostro sistema stellare.

Astrofisica

Sebbene superficialmente astrofisica e astronomia possano sembrare discipline diverse in cui la prima studia i fenomeni fisici legati agli oggetti celesti, mentre la seconda ne tratta posizione, moti e le grandezze misurabili osservativamente, le due discipline sono al giorno d’oggi intercambiabili e il mestiere dell’astronomo richiede le conoscenze di fisica necessarie a spiegare i fenomeni osservati.

L’astrofisica è a tutti gli effetti una branca della fisica e, allo stesso tempo, una parte fondamentale dell’astronomia, al punto da rendere le due intercambiabili a tutti gli effetti.

Astronomia osservativa

L’astronomia osservativa si occupa di spiegare i fenomeni del nostro universo attraverso osservazioni dirette o indirette di fenomeni celesti. Queste possono avvenire ad occhio nudo, tramite strumenti che amplificano la nostra capacità di vedere la luce dei corpi celesti, oppure andando a osservare proprietà invisibili agli occhi, come la radiazione X, oppure la radiazione nelle microonde emessa dagli oggetti interessati.

Osservazioni a occhio nudo

Disciplina ormai in disuso a livello scientifico, l’osservazione a occhio del cielo è ciò che ha dato origine all’astronomia. Si tratta dell’osservazione dei corpi celesti senza ausilio di strumenti esterni, ma usando solo l’occhio come mezzo di osservazione.

Viene ancora insegnata negli anni dello sviluppo per riconoscere la posizione delle principali stelle, dei pianeti e delle principali costellazioni e praticata da astrofili e amatori del cielo notturno.

Osservazioni con strumenti

L'astronomia moderna si serve di strumenti sempre più potenti e precisi per osservare sempre più in dettaglio il nostro universo; non solo necessita di strumenti con risoluzioni sempre maggiori per poter osservare oggetti celesti più lontani e apparentemente piccoli, ma anche di strumenti di fotografia digitale in alta risoluzione e sistemi ingegneristici per ridurre al minimo le aberrazioni introdotte durante le osservazioni.

La fotografia è quindi storicamente stata molto legata all'astronomia: le prime immagini astronomiche sono state attraverso la dagherrotipia, mentre oggigiorno si usano sistemi di imaging estremamente avanzati, in alta risoluzione e raffreddati per ridurre al minimo gli errori di lettura.Elenchiamo di seguito alcuni degli strumenti che vengono trattati più approfonditamente nelle spiegazioni dedicate.

Telescopi ottici

I telescopi ottici sono sistemi di lenti e/o specchi con un unico scopo: raccogliere quanta più luce possibile. In passato erano dominanti i telescopi a lenti, mentre oggigiorno sono più frequenti telescopi a specchi, perché sono più semplici da costruire in dimensioni maggiori.

Questi telescopi permettono di raccogliere immagini in luce visibile e di usare filtri per ottenere un'idea della distribuzione degli elementi chimici all'interno degli oggetti astronomici.

Radiotelescopi

I radiotelescopi sono grandi antenne paraboliche dedicate alla cattura di onde elettromagnetiche con lunghezze d'onda che vanno da qualche millimetro in su, in base al target scientifico. Le più grandi antenne radio sono costruite sfruttando direttamente il terreno circostante e misurano diverse centinaia di metri in diametro (il più famoso telescopio radio è probabilmente quello di Arecibo di 305m di diametro e collassato nel 2020).

I radiotelescopi offrono il vantaggio di poter essere combinati a lunga distanza e sfruttare i vantaggi dei processi di interferenza, creando un telescopio unico con un diametro di molto maggiore a quanto non sia fisicamente possibile costruire. Ci permettono di osservare diverse sorgenti di onde radio, come galassie attive, pulsar, quasar e la radiazione cosmica di fondo.

Fig. 2 - Radiotelescopio Tianma presso l'Osservatorio Astronomico di Shanghai.

Telescopi per raggi X e gamma

L'astronomia nel range dei raggi X è molto complicata e richiede telescopi studiati appositamente per deflettere i raggi X, cosa che non è possibile con dei normali telescopi. Questi strumenti sono costituiti da una serie di specchi concentrici che sfruttano il concetto della riflessione totale per mettere a fuoco i raggi X incidenti. Questi strumenti non permettono di ottenere immagini degli oggetti, ma forniscono delle mappe di intensità della radiazione incidente.

L'astronomia gamma, invece, sfrutta telescopi più tradizionali, sebbene con le proprie particolarità, che permettono di mettere a fuoco le radiazioni gamma che riceviamo dal cielo. Questi telescopi vengono sfruttati per studiare un gran numero di eventi molto energetici del nostro cosmo: pulsar, blazar, supernovae e ipernovae sono tutti oggetti di studio per questi strumenti.

Spettroscopi

Gli spettroscopi sono strumenti che permettono, attraverso i processi di diffrazione, di separare la luce nel proprio spettro elettromagnetico. Questi strumenti richiedono di essere accoppiati a un telescopio per poter essere sfruttati.Permettono lo studio dei processi di emissione e assorbimento della luce e possono essere usati per verosimilmente qualunque tipo di oggetto astronomico.

Sono strumenti di fondamentale importanza nell'astronomia moderna, perché permettono lo studio e l'identificazione di una gamma estremamente ampia di oggetti astronomici.

Astronomia teorica

L’astronomia teorica è quella che si occupa dello studio teorico dei fenomeni astronomici. È di fondamentale importanza, perché permette di creare modelli, previsioni, teorie che poi possono essere verificate attraverso le osservazioni pratiche.

La maggior parte delle scoperte astronomiche passa prima attraverso uno studio teorico, che poi viene verificato in fase osservativa, si pensi per esempio allo studio delle onde gravitazionali teorizzate nella teoria della relatività generale di Einstein sono state osservate per la prima volta solo nel 2015, quasi 100 anni dopo la loro teorizzazione.

Discipline di studio

L’astronomia è una materia di studio estremamente vasta e include al suo interno diverse discipline di studio specializzate nello studio di particolari oggetti celesti o fenomeni. Sarebbe impossibile elencare e dare una spiegazione di tutte le discipline astronomiche, un po’ per il semplice numero quantitativo, un po’ per il fatto che l’astronomia è in continua evoluzione.

Sistema solare

Lo studio del sistema solare è di vitale importanza per comprendere la nostra posizione nel cosmo. Questi studi non si fermano soltando allo studio dei pianeti, ma si estende anche al Sole, ad asteroidi, comete e pianeti nani. È anche un utile finestra per comprendere anche sistemi stellari al di fuori del nostro.

Via Lattea

La Via Lattea rappresenta il nostro vicinato stellare, lo studio della nostra galassia ci permette di comprenderne struttura e dinamica. È una disciplina complessa, paragonabile al cercare di creare una mappa di casa propria rimanendo sempre dentro le sue quattro mura.

Galassie

Lo studio delle galassie permette di colmare il vuoto che separa il nostro vicinato cosmico dal resto dell'universo; studiare ammassi o superammassi di galassie, ad esempio, permette di capire qual è la distribuzione di materia oscura all'interno dell'universo osservabile. Osservare galassie esterne alla nostra ci permette anche di trarre conclusioni sui meccanismi che governano la Via Lattea.

Cosmologia

La cosmologia è lo studio dell'universo nella sua completezza, dalla forma dell'universo a cosa lo compone, dalle teorie su come sia nato a quelle sul suo futuro. Per ottenere questo risultato su così grande scala, la cosmologia usa come mattoncino fondamentale per i propri studi le galassie.

Altre discipline

Altre importantissime discipline dell'astronomia sono l'astrobiologia, l'astrochimica, lo studio del mezzo interstellare, delle particelle cosmice, gli studi che riguardano l'ottica adattiva, ecc.