Il nome proprio del nostro Sole è Sol, ed è per questo che il sistema stellare in cui viviamo si chiama Sistema Solare. È il Sole che fornisce la fonte di energia che alimenta tutta la vita sulla Terra e senza di esso non esisteremmo. Tuttavia, tra le stelle, il Sole è una stella piuttosto ordinaria. Le stelle possono avere masse che vanno da 0,08 a 80 volte la massa del Sole.

Il nostro Sole ha un raggio di 697.000 km (confronta con il raggio della Terra di 6.378 km) e comprende circa il 99,8% dell'intera massa dell'intero Sistema Solare.
Al centro del Sole le temperature raggiungono 15.600.000 °C (oltre 15 milioni di gradi), ma anche la superficie più fredda è calda quanto 5.800 °C. Queste temperature sono generate da processi nucleari. Ogni secondo circa 6 miliardi di tonnellate di nuclei di idrogeno vengono consumati nella regione centrale del Sole e fusi insieme in questo vasto reattore nucleare stellare per produrre elio. Questo genera un'enorme quantità di energia: 386 miliardi di miliardi di megawatt (3,86×10²⁶ W). Approfondiremo i processi nucleari in dettaglio più avanti.

Ecco una tipica immagine del Sole. Le macchie solari scure visibili sulla superficie del Sole sono regioni più fredde, con temperature di circa 3.800 °C. Una macchia solare può essere grande 2-3 volte il diametro della Terra (Fonte: Royal Swedish Academy of Science).

Le macchie solari si creano quando l'intenso campo magnetico del Sole "agita" la superficie del Sole, ma come avviene esattamente non è ancora del tutto chiaro ed è un vasto campo di ricerca per gli astronomi.

Il sistema solare è composto dal Sole al centro e da 8 pianeti che si muovono in orbite ellittiche intorno ad esso. Il Sole è molto più grande dei pianeti. I pianeti stessi rappresentano meno dello 0,15% della massa del sistema solare. I pianeti sono visibili solo perché la luce del Sole si riflette sulla loro superficie. Non emettono alcuna luce da soli.
Ci sono anche molti corpi più piccoli come i satelliti naturali che orbitano intorno ai pianeti, asteroidi e comete. La Terra è il terzo pianeta dal Sole. Gli altri pianeti sono stati nominati in onore di dèi e dee greci e romani. Essi sono (allontanandoci dal Sole)

Mercurio, chiamato così dal dio romano del commercio, dei viaggi e dei ladri.
Venere, chiamata così dalla dea romana dell'Amore perché è così luminosa nel cielo.
Terra, letteralmente chiamata dalla terra o dal suolo che contiene. Indicata anche con il suo nome latino, Terra.
Marte, chiamato così dal dio romano della guerra a causa del suo colore rosso vivo.
Giove, chiamato così dal dio romano. È il pianeta più grande del sistema solare.
Saturno, chiamato così dal dio romano dell'agricoltura. Famoso per i suoi bellissimi anelli.
Urano, chiamato così dal dio greco del cielo. Fu il primo pianeta scoperto con un telescopio, e
Nettuno, dal dio romano del mare. Detto anche "il gigante blu". Ha 6 anelli.

Plutone era considerato un pianeta fino al 2006, quando fu riclassificato come pianeta nano. Per essere definito pianeta occorrono 3 criteri: il corpo deve orbitare intorno alla sua stella, avere una sufficiente attrazione gravitazionale per essere sferico e avere abbastanza massa per liberare l'area intorno alla sua orbita. Plutone non soddisfaceva il terzo criterio.

Qui si può vedere una fotocomposizione del Sole e dei pianeti che mostra le loro diverse dimensioni.
Da sinistra a destra: la superficie del Sole, Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove con una luna, Saturno con i suoi anelli, Urano e Nettuno. Le dimensioni dei pianeti sono in scala ma le distanze tra i pianeti non lo sono! (Fonte: Calvin J. Hamilton, solarviews.com)

Mercurio, Venere, Terra e Marte sono tutti pianeti rocciosi. Tuttavia, nonostante questa caratteristica comune, per altri versi questi pianeti differiscono enormemente! Mercurio non ha atmosfera e di conseguenza assomiglia molto alla Luna, coperto di crateri prodotti da innumerevoli impatti di meteoriti. Venere, il secondo pianeta dal Sole, è il più caldo. Ha una temperatura superficiale media di 464 °C, giorno e notte. La montagna più alta del sistema solare è il Monte Olimpo su Marte. È circa tre volte più alta del Monte Everest, la montagna più alta della Terra.
D'altra parte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno sono giganti gassosi. Giove è di gran lunga il pianeta più grande del sistema solare, con più massa di tutti gli altri pianeti messi insieme. È 300 volte più massiccio della Terra e ha oltre 60 lune. Saturno ha 9 anelli planetari.

Il pianeta più simile alla Terra è Marte. Ci sono prove che l'acqua esistesse su Marte in passato. Caratteristiche che assomigliano da vicino a linee costiere, letti di fiumi e isole suggeriscono che grandi fiumi attraversavano un tempo il pianeta. Non è ancora risolto dove sia finita questa acqua. A causa della possibile esistenza di acqua, almeno nel lontano passato, Marte è considerato un candidato per ospitare (o aver ospitato) vita al di fuori della nostra Terra. ExoMars era una missione robotica a guida europea su Marte sviluppata dall'ESA (Agenzia Spaziale Europea) e Roscosmos. È stata lanciata nel 2016 e ha dispiegato diversi strumenti. Il Trace Gas Orbiter (TGO) orbiterà attorno a Marte cercando metano, che potrebbe indicare se c'è o c'era vita sul pianeta. Un rover a sei ruote altamente autonomo dotato di una fotocamera per scattare foto della superficie e un trapano da 2 m sotterraneo per raccogliere campioni di suolo è purtroppo precipitato durante l'atterraggio.

In passato, la maggior parte delle antiche civiltà aveva una qualche forma di modello dell'Universo che collocava la Terra in riposo, proprio al centro. Gli Egizi vedevano il cielo come il corpo della dea Nut, gli Indù vedevano il cielo poggiare sulle zanne di un immenso elefante, i Babilonesi vedevano il cielo come l'interno di un'enorme campana di vetro, e gli Arabi vedevano il cielo come un'immensa tenda.

Tolomeo (circa 100 – 170 d.C.), un cittadino romano che viveva in Egitto nel secondo secolo d.C., era un astronomo, matematico e geografo. Raccolse e codificò una vasta quantità di dati astronomici e elaborò un modello per descrivere le posizioni dei pianeti, che riassunse nel suo libro "La Grande Composizione Matematica".

Il suo modello è chiamato sistema geocentrico. In questo sistema si pensava che la Terra fosse il centro dell'Universo e che la Luna, i pianeti e le stelle orbitassero attorno ad essa in sfere concentriche. L'Universo era una sfera finita e al di fuori di questa sfera non c'era nulla. Questo modello fu ampiamente accettato per oltre 1.300 anni.

Le affermazioni centrali della sua teoria sono le seguenti:

1. La Terra è stazionaria e si trova al centro del sistema.
2. Il Sole e la Luna hanno moti circolari. La Terra è il centro di questi moti.
3. Ciascuno degli altri pianeti si muove in un cerchio, il cui centro orbita intorno alla Terra.

In passato, l'idea che la Terra fosse il centro di tutto era profondamente radicata nella mente di tutti ed era difficile convincere le persone a credere in qualcosa di diverso. Tuttavia, c'erano alcuni pensatori radicali, già nel III secolo a.C., che la pensavano diversamente. Aristarco di Samo (circa 310 – 230 a.C.) credeva che il Sole fosse in realtà il vero centro dell'Universo. All'epoca, la sua teoria non fu accettata e ci vollero oltre mille anni prima che le persone cominciassero a prenderla in considerazione.

L'astronomo polacco Niccolò Copernico (1473 – 1543) non credeva nemmeno nel modello geocentrico dell'Universo. Copernico elaborò una nuova teoria chiamata sistema eliocentrico. La teoria di Copernico secondo cui il Sole è il centro dell'Universo fu la scoperta scientifica più radicale della prima metà del XVI^° secolo ed è spesso considerata il punto di partenza di tutta la scienza moderna. La scoperta di Copernico portò a una completa revisione della conoscenza del mondo, che era stata costruita sulla convinzione che la Terra fosse il centro dell'Universo. Ora si doveva accettare che la Terra non era altro che un pianeta tra gli altri.

Nel Sistema Eliocentrico il Sole è al centro e i pianeti si muovono in orbite intorno al Sole. Questo era qualcosa di estremamente difficile da accettare all'epoca, perché sembrava essere contrario alla plausibile visione che la Terra dovesse essere il centro di tutto.

Copernico incluse manoscritti che descrivevano la sua teoria nelle sue opere intitolate "De revolutionibus orbium coelestium libri vi" ("Sei libri sulle rivoluzioni delle sfere celesti") ma non furono pubblicati per anni, fino al 1543, l'anno della sua morte.
All'inizio ebbe solo pochi fedeli sostenitori. Giordano Bruno (1548 – 1600) era un filosofo e poeta italiano. Era anche un appassionato sostenitore della teoria di Copernico. Fu condannato per eresia e libero pensiero dall'Inquisizione, imprigionato per 8 anni e alla fine bruciato sul rogo per le sue credenze.
Alla fine, uno dopo l'altro, gli scienziati cominciarono ad adottare questo nuovo sistema. Tuttavia, ci vollero 100 anni dalla morte di Copernico affinché la teoria fosse pienamente accettata. Da allora, la sua teoria è stata naturalmente dimostrata corretta. Galileo e Keplero furono due dei primi scienziati a trovare prove a sostegno del sistema eliocentrico.

Keplero scoprì la descrizione matematica del movimento dei pianeti intorno al Sole. Le cosiddette leggi di Keplero furono trovate attraverso un'ispezione dettagliata delle osservazioni astronomiche dei pianeti effettuate e trascritte da Tycho Brahe. Queste leggi le descrivono accuratamente in linguaggio matematico.

Possono essere formulate come segue:

1. Le orbite dei pianeti sono ellissi con il Sole in uno dei fuochi dell'ellisse.
2. La retta che unisce il pianeta al Sole spazza aree uguali in tempi uguali mentre il pianeta si muove lungo l'ellisse.
3. Il quadrato del periodo orbitale di un pianeta intorno al Sole è proporzionale al cubo del semiasse maggiore della sua orbita ellittica.

La figura illustra le Leggi di Keplero mostrando che l'orbita di un pianeta è un'ellisse e che il pianeta spazza aree uguali in tempi uguali (aree arancioni). Sono mostrati anche il semiasse maggiore e minore e i fuochi dell'ellisse, e il punto dell'orbita più vicino al Sole (Perielio) e più lontano dal Sole (Afelio).

I pianeti extra-solari sono pianeti che orbitano attorno ad altre stelle. Gli astronomi diventano sempre più abili nel trovarli e, a gennaio 2017, circa 3.447 sono stati confermati. Ciò dimostra che è abbastanza comune che le stelle siano accompagnate da pianeti. Abbiamo già incontrato diversi candidati che potrebbero avere proprietà simili alla Terra. Se trovassimo un pianeta con dimensioni, condizioni di temperatura e atmosfera simili alla Terra, potrebbe essere possibile che il pianeta ospiti vita extraterrestre.

I pianeti non emettono la propria luce, il che li rende così difficili da individuare. Inoltre, i pianeti extra-solari sono lontani, quindi è quasi impossibile vederli anche se sapessimo esattamente dove guardare. Per ovviare a questo, gli astronomi hanno escogitato modi ingegnosi per vedere i pianeti indirettamente, usando la stella madre.

Per esempio, se stai misurando la luce di una stella e scopri che si affievolisce a intervalli regolari, potrebbe essere perché un pianeta le passa davanti. Tuttavia, questo metodo funziona solo se l'orbita del pianeta lo porta attraverso la linea di visione della Terra, il che in molti casi non accadrebbe. È possibile trovare pianeti anche attraverso i loro effetti gravitazionali. L'effetto gravitazionale della stella costringe i pianeti in un'orbita intorno ad essa, ma la gravità funziona in entrambe le direzioni e l'effetto gravitazionale del pianeta attirerà anche la stella. Non è così ovvio perché le stelle sono molto più grandi e quindi hanno una forza gravitazionale molto maggiore, ma se si misura con precisione sufficiente la posizione di una stella, si potrebbe vederla "oscillare" nel cielo mentre il pianeta la attrae. I metodi utilizzati dagli astronomi sono più efficaci quando i pianeti sono grandi, motivo per cui la maggior parte dei pianeti finora trovati sono grandi pianeti gassosi come Giove. Tuttavia, usando metodi sempre più sofisticati, gli astronomi hanno già trovato alcune dozzine di pianeti simili alla Terra situati nella zona abitabile delle loro stelle.

Non tutti i pianeti hanno lune. Mercurio e Venere, per esempio, viaggiano da soli intorno al Sole. Tuttavia, alcuni pianeti ne hanno molte. Giove ha oltre 60 lune. Il nostro pianeta ha solo una luna ed è l'unico posto fuori dalla Terra che l'umanità ha visitato. Gli astronomi ritengono che un oggetto delle dimensioni approssimative di Marte abbia colliso con la Terra e che la Luna si sia formata dai detriti.

Questa fotocomposizione mostra Giove con la sua Macchia Rossa, una gigantesca e complessa tempesta circa tre volte più grande della Terra con velocità del vento fino a 450 km/h. Sul lato destro dell'immagine ci sono le lune galileiane (Io, Europa, Ganimede e Callisto - dall'alto in basso). Naturalmente, nella realtà Giove e le lune sono molto più distanti tra loro di quanto mostrato qui.

Neil Armstrong divenne il primo uomo sulla Luna il 21 luglio 1969, un'impresa straordinaria considerando che la Luna dista in media 384.400 km. La Luna viene bombardata da una pioggia costante di meteoroidi, asteroidi e comete, come la maggior parte dei pianeti. Mentre sulla Terra gli oggetti spaziali in caduta di solito bruciano nell'atmosfera, la Luna è coperta di crateri perché non ha atmosfera.

La Luna deteriorata ha un grande effetto sulla Terra. Non solo controlla le maree, ma stabilizza anche la Terra e riduce la quantità di oscillazione sul suo asse. Senza la Luna che fa da ancora, il nostro clima sarebbe estremamente instabile e ciò ridurrebbe la capacità della Terra di ospitare vita.

Perché Io, Europa, Ganimede e Callisto sono conosciute come le "lune galileiane"?

Galileo Galilei (1594 – 1642) era un fisico, matematico, astronomo e filosofo italiano, considerato una figura estremamente importante nella Rivoluzione Scientifica. È spesso salutato come "Il Padre della Scienza Moderna" poiché fu il primo ad implementare il "metodo scientifico sperimentale". Tra i suoi molti risultati c'è la costruzione del primo telescopio. Con questo telescopio, osservò la "stella" più luminosa nel cielo e trovò 4 piccole "stelle" che orbitavano intorno ad essa, invisibili ad occhio nudo. Presto si rese conto che questi oggetti luminosi non erano affatto stelle. Stava in realtà osservando Giove e aveva scoperto le sue 4 lune più grandi. Chiamò le lune Ganimede, Io, Callisto ed Europa, ma insieme sono conosciute come le "lune galileiane" di Giove.

Nonostante avesse dato un contributo così enorme alla scienza, la Chiesa cattolica romana non approvò il lavoro di Galileo. Nel 1633 l'Inquisizione lo condannò per eresia. Lo costrinsero a ritirare pubblicamente il suo sostegno a Copernico e al sistema eliocentrico e lo condannarono all'ergastolo. A causa della sua età avanzata e delle cattive condizioni di salute, la pena fu modificata il giorno successivo permettendogli di scontarla agli arresti domiciliari.

Europa è la luna più piccola ma più interessante di Giove perché è considerata un candidato per ospitare vita extraterrestre. Ha circa un quarto delle dimensioni della Terra. È ricoperta da una crosta di ghiaccio, sotto la quale si trova il più grande oceano dell'intero Sistema Solare. Si stima che questo oceano possa avere una profondità fino a 20 km (sulla Terra il punto più profondo di tutti gli oceani è solo circa 11 km).

Sebbene la temperatura superficiale di Europa sia in media di −160 °C, i vulcani che creano calde bocche idrotermali sul fondale oceanico di Europa potrebbero creare rifugi per la vita. L'energia necessaria per questi vulcani è fornita o dal decadimento radioattivo naturale (come sulla Terra) nell'interno roccioso di Europa o dagli effetti delle maree causati dal vicino Giove.

Questa immagine scattata dalla missione Galileo mostra la superficie ghiacciata di Europa (Fonte: NASA/JPL/University of Arizona/University of Colorado, solarviews.com).

Piccole alghe (o calamari giganti!) nuotano davvero nell'oceano di Europa? Non lo sappiamo ancora. La risposta dipende dai meccanismi sconosciuti dell'origine della vita stessa nonché dalle condizioni di Europa. Una missione spaziale verso la luna di Giove potrebbe fornire ulteriori indizi. Per esempio, una sonda spaziale che atterri sulla superficie ghiacciata di Europa potrebbe cercare molecole organiche prodotte dalla vita nell'oceano. Il ghiaccio su Europa è troppo spesso per essere perforato, ma i processi geologici potrebbero trasportare componenti oceaniche alla superficie, dove potrebbero essere trovate da una sonda spaziale.

Europa non ha solo quella che sembra essere acqua liquida, ha anche una sottile atmosfera di ossigeno. Eppure, nonostante l'acqua e l'ossigeno, vivere su Europa sarebbe ancora estremamente difficile. La superficie riceve circa 5.400 mSv (l'unità per la dose di radiazioni, Sievert, è definita nel capitolo Benefici e Rischi) di radiazioni emesse da Giove, una dose letale per gli esseri umani. Bisognerebbe vivere al di sotto della superficie, dove è più caldo. Ma poi c'è anche la gravità molto più bassa, un altro rischio per la salute degli esseri umani.

C'è spesso molta confusione sulla terminologia quando si tratta dei piccoli oggetti che attraversano il nostro cielo di tanto in tanto. Ecco alcune definizioni:

I meteoroidi sono piccole rocce nel nostro sistema solare con dimensioni inferiori a 10 m. Se raggiungono la nostra atmosfera, spesso bruceranno a causa del calore generato dall'attrito. Questo forma una linea ardente nel cielo. Questo percorso è chiamato meteora, ma probabilmente lo conosci come "stella cadente". Tuttavia, se il meteoroide non brucia completamente e sopravvive a un impatto con la Terra, il pezzo di roccia rimasto è chiamato meteorite. Si possono trovare meteoriti in tutto il pianeta, ma specialmente in Antartide, poiché i meteoriti sono facili da vedere sul ghiaccio e il freddo li protegge dalla trasformazione geologica.

Gli asteroidi sono più grandi. Possono avere dimensioni fino a molti chilometri. La maggior parte di essi si trova nella fascia principale degli asteroidi che orbita attorno al Sole tra Marte e Giove.

Le comete sono lunghe tra 1 km e 20 km e sono composte principalmente da ghiaccio e polvere. Ecco perché a volte vengono chiamate "palle di neve sporche". Hanno orbite estremamente ellittiche e, per questo motivo, trascorrono la maggior parte del loro tempo lontano nel Sistema Solare, oltre Plutone. Tuttavia, quando si avvicinano al Sole, vengono riscaldate e il ghiaccio si scioglie e si evapora lasciando una coda di gas dietro di sé. Spesso si possono vedere due code su una cometa. Una è fatta di polvere e mostra la direzione di viaggio, l'altra sarà sempre rivolta nella direzione opposta al Sole perché è composta da gas che viene strappato dalla superficie della cometa dal vento solare.

L'immagine in alto mostra un meteorite, chiamato EETA 79001, trovato sul ghiaccio in Antartide. È molto probabilmente originario di Marte. Il cubo mostrato ha lati di 1 cm. (Fonte: LPI/NASA). L'immagine centrale mostra parte dell'asteroide Mathilde, largo circa 59 per 47 km. La superficie presenta molti grandi crateri (Fonte: JHU/APL/NASA). La terza immagine è della cometa West. La sottile coda blu è composta da gas e la larga coda bianca è composta da particelle di polvere microscopiche (Fonte: John Laborde).

Questi piccoli oggetti rocciosi o ghiacciati collidono con altri oggetti nel sistema solare con una certa regolarità. Lo si può intuire guardando una foto di tutti i crateri sulla nostra Luna o sul pianeta Mercurio. Fortunatamente, abbiamo qualcosa che loro non hanno. La Terra ha un'atmosfera.

Di solito gli oggetti che collidono con la Terra sono piccoli. Mentre viaggiano attraverso l'atmosfera, l'attrito che creano genera molto calore e l'oggetto brucia e si disintegra. A volte un piccolo frammento potrebbe riuscire a passare, ma probabilmente colpirà il suolo o gli oceani senza ferire nessuno.

Tuttavia, molto raramente, un grande asteroide o una cometa colpirà il pianeta e l'atmosfera non sarà in grado di proteggerci. Per esempio, si ritiene che 56 milioni di anni fa, un asteroide largo circa 10 km abbia colpito la Terra in America Centrale causando terremoti, enormi incendi e giganteschi tsunami. L'impatto ha gettato nell'aria cenere e detriti che hanno bloccato il sole per mesi, abbassando le temperature globali al di sotto dello zero. Si ritiene che oltre due terzi delle specie della Terra siano state uccise da questo evento, inclusi i dinosauri. Tuttavia, mentre gli scienziati sanno con certezza che questo asteroide ha colliso con la Terra, ci sono anche alcune prove che potrebbe essere stata solo una delle molte ragioni dell'estinzione dei dinosauri. I reperti fossili mostrano che il numero dei dinosauri stava già diminuendo in modo significativo prima dell'impatto e forse l'asteroide li ha semplicemente finiti.

Ma noi? Cosa accadrebbe se un asteroide colpisse la Terra oggi?

Dipenderà soprattutto da quanto sarebbe grande. Se fosse delle dimensioni di una casa, potrebbe appiattire edifici in cemento a mezzo miglio dal punto di impatto. Eppure un asteroide largo un miglio causerebbe molti più danni, come quello che potrebbe aver spazzato via i dinosauri. Ma per quanto spaventoso possa sembrare tutto questo, le possibilità di scontrarsi con un asteroide di quel tipo di dimensioni sono molto basse, forse un grande asteroide ogni 100 milioni di anni circa.

Di solito non si trovano stelle da sole. Una galassia è una collezione di un enorme numero di stelle che sono tutte legate gravitazionalmente l'una all'altra. Ci sono innumerevoli galassie. Alcune sono chiamate galassie nane, contenenti circa dieci milioni di stelle, 500 volte più piccole della nostra galassia. Alcune sono inimmaginabilmente grandi, 20 volte più grandi della nostra galassia e contenenti letteralmente trilioni di stelle.

Nonostante questa enorme varietà, la maggior parte delle galassie si forma in schemi simili, quindi puoi classificarle abbastanza facilmente. Lo schema di classificazione più utilizzato fu inventato dall'astronomo americano Edwin Hubble nel 1936. Hubble identificò tre tipi principali di galassie basandosi sulla loro apparenza visibile.

Le galassie ellittiche sono galassie di forma approssimativamente ellittica e di solito consistono di stelle più vecchie e di bassa massa con un numero molto basso di nuove stelle che si formano.

Le galassie a spirale sono molto più comuni delle ellittiche. Consistono di un disco abbastanza piatto e in rotazione di stelle che generalmente formano strutture a spirale e una concentrazione centrale di stelle chiamata rigonfiamento. Le braccia tendono ad avere stelle più giovani e più calde con alti tassi di formazione di nuove stelle, mentre il rigonfiamento centrale ospita stelle leggermente più vecchie. Molte di queste galassie hanno una barra centrale di stelle al centro.

Le galassie lenticolari si trovano nel mezzo. Di solito contengono dischi come le galassie a spirale, ma sono molto meno ben definiti e si formano meno nuove stelle. È come se il materiale nel disco fosse semplicemente esaurito e non rimanesse che polvere. Tendono ad avere rigonfiamenti molto più grandi e a contenere stelle molto più vecchie, più simili alle galassie ellittiche.

Hubble identificò anche una quarta categoria. Le irregolari. Queste sono galassie che non rientrano nelle altre categorie perché non hanno una forma ben definita. Si ritiene che queste siano galassie che un tempo avevano una forma definita ma sono state distorte dalla gravità di un altro grande oggetto.

Ci troviamo all'interno di una galassia chiamata Via Lattea. È una galassia a spirale contenente circa 200 – 400 miliardi di stelle, che si estende per 100.000 anni luce. Il nostro Sole è solo una di queste stelle nella nostra Via Lattea. Il nostro Sole è solo una delle stelle nella nostra galassia, situata circa due terzi dal centro in uno dei suoi bracci a spirale.

Quando gli astronomi lo scoprirono, il sistema eliocentrico dovette essere adattato. Il Sole ovviamente non è più il centro dell'Universo. Si credeva che la Via Lattea fosse il nostro intero Universo fino a quando Edwin Hubble scoprì migliaia di altre galassie.

Disegno della Via Lattea che mostra la sua forma a spirale con la posizione approssimativa del nostro Sole (Fonte: HEASARC/NASA)

L'espressione Via Lattea ha due significati. Da un lato è il nome della nostra galassia come descritto prima. Dall'altro lato è la fioca banda che si può vedere nel cielo notturno. Nel mito greco, la Via Lattea fu causata dal latte versato da Era mentre allattava Eracle.

Quasi tutte le stelle che si possono vedere nel cielo di notte ad occhio nudo appartengono alla nostra galassia. La fioca banda chiamata Via Lattea sorge perché stiamo guardando verso il centro della nostra galassia, verso il rigonfiamento. La maggiore concentrazione di stelle è ciò che rende questa regione molto più luminosa.

La Via Lattea e alcune costellazioni note (Fonte: Fred Bruenjes)

Lo spazio tra le stelle non è vuoto. Si possono trovare enormi nubi di polvere e gas. Questo è chiamato mezzo interstellare, ovvero la materia tra le stelle.

Il mezzo interstellare è estremamente rarefatto rispetto agli standard terrestri: alla sua densità massima, è ancora più vuoto del miglior vuoto che riusciamo a produrre sulla Terra. Tuttavia, la massa totale del mezzo interstellare ammonta a circa 10 volte la massa di tutte le stelle nella nostra Via Lattea, semplicemente perché lo spazio tra le stelle è così vasto.

Il 25 agosto 2012, Voyager 1 ha raggiunto il mezzo interstellare, diventando il primo oggetto artificiale a farlo. Voyager 1 studierà il plasma e la polvere interstellare fino alla fine della missione nel 2025.

L'immagine mostra un'enorme nube interstellare di gas e polvere nella Nebulosa Trifida (Fonte: Arizona State University)

Come le stelle, anche le galassie possono essere legate gravitazionalmente insieme. Se ci sono meno di 50 galassie, si dice che le galassie fanno parte di un gruppo di galassie. La nostra galassia, la Via Lattea, fa parte del Gruppo Locale, che contiene oltre 30 galassie. La più grande galassia del gruppo (siamo secondi) è Andromeda, che è abbastanza grande da essere vista ad occhio nudo come una macchia sfocata nel cielo settentrionale.

Andromeda è molto simile alla nostra galassia – stessa forma a spirale – ma ha molte più stelle. Si stima che contenga circa un trilione di stelle. Studi recenti hanno suggerito che Andromeda si è formata dalla collisione di 2 galassie più piccole miliardi di anni fa, cosa che probabilmente accadrà di nuovo poiché la Via Lattea e Andromeda si stanno avvicinando l'una all'altra a velocità di 500.000 km/h. Si pensa che collideremo tra circa 4,5 miliardi di anni.

Non tutte le galassie del gruppo sono come la nostra. Due delle galassie molto più piccole sono galassie satellite che orbitano intorno alla Via Lattea e sono conosciute come le Nubi di Magellano Grande e Piccola.

Se ci sono più di 50 galassie raggruppate insieme, si trovano in quello che viene chiamato un ammasso di galassie. Gli ammassi possono avere migliaia di galassie che viaggiano insieme. A volte gli ammassi possono combinarsi per formare superammassi. I superammassi sono così grandi che non sono più gravitazionalmente legati. Possono formare enormi muri di galassie che si estendono per centinaia di milioni di anni luce. Uno di questi straordinari muri è chiamato Grande Muraglia o Muro della Chioma. Le sue dimensioni sono 300 milioni per 500 milioni di anni luce, con uno spessore di 15 milioni di anni luce.

In astronomia, le scale necessarie sono spesso estremamente grandi e quindi a volte sono necessarie nuove unità. Un anno luce rappresenta quanto lontano può viaggiare la luce in un anno:

1 anno luce (al) = 9,461 × 10¹⁵ m

Un'altra unità è il parsec:

1 parsec (pc) = 3,26 anni luce (al)

Per distanze molto grandi si usano abitualmente il chiloparsec e il megaparsec:

1 chiloparsec (kpc) = 1.000 pc

1 Megaparsec (Mpc) = 1.000.000 pc

Potreste anche trovare unità astronomiche (UA). 1 UA è la distanza media tra la Terra e il Sole:

1 UA = 149,6 × 10⁹ m
1 UA = 4,8481 × 10^-6 pc
1 UA = 15,813 × 10^-6 al

Lo spazio è grande e pieno di oggetti affascinanti che sono troppo lontani per poterci raggiungere. Di conseguenza, la maggior parte di ciò che sappiamo sull'Universo proviene dalla misurazione delle radiazioni che gli oggetti emettono, come fotoni o raggi X.

Usando queste emissioni, una delle cose che possiamo calcolare è la dimensione della forza gravitazionale che l'oggetto in questione genera. Negli anni '30, un astronomo di nome Fritz Zwicky trovò che l'ammasso di galassie della Chioma sembrava avere una "massa mancante". L'ammasso aveva molta più gravità di quanta si potesse spiegare. Possiamo vedere le stelle usando telescopi ottici e possiamo vedere il gas caldo all'interno dell'ammasso usando telescopi a raggi X, calcolando così la loro massa. Tuttavia, gli effetti gravitazionali dell'ammasso erano molto più alti del previsto, suggerendo che c'era più massa; massa che non possiamo vedere o rilevare. Questo è ciò che divenne noto come "Materia Oscura".

Da allora ci sono stati studi approfonditi sulla materia oscura. Sembra che la materia normale, gli atomi che compongono la nostra Terra, i pianeti, le stelle e il mezzo interstellare possano solo spiegare il 4% della massa dell'Universo. Il resto è inspiegabile.

Poiché non possiamo rilevare direttamente la materia oscura, la troviamo indirettamente attraverso il movimento delle stelle nelle galassie, e delle galassie e della polvere negli ammassi. Non sappiamo di cosa è fatta la materia oscura, ma ci sono molte teorie ed esperimenti che cercano di scoprirlo. Per esempio, alcuni scienziati credono che la materia oscura sia buchi neri creati durante il big bang o nane brune, piccole stelle fredde troppo piccole per bruciare idrogeno in elio. Tuttavia, la teoria più comunemente accettata è che la materia oscura sia composta da particelle elementari non ancora scoperte chiamate WIMP (Particelle Massive a Interazione Debole). Uno degli esperimenti progettati per cercare i WIMP si chiama DRIFT e si trova a 1.100 m sotto terra nella miniera di Boulby nello Yorkshire del Nord, nel Regno Unito.