Scienze della terra

"La Bibbia dice che non gira, e i vecchi sapientoni ne danno mille prove. Domineddio l'agguanta per gli orecchi e le dice: sta' ferma! Eppur si muove"

La teologia era la regina di tutte le scienze, il suo primato era indiscutibile, le sue verità immutabili. Ogni deviazione era perseguitata, repressa, condannata e il colpevole invitato a riconoscere il proprio errore o ad accettare le pene ed i castighi previsti dai sacri canoni in caso d’inosservanza. L’abiura costituiva lo strumento per salvarsi – dalla pena o dal peccato di eresia – e ripristinare solennemente l’immodificabilità delle verità teologiche. Essa costringeva il sospettato d’eresia a rinnegare e detestare le proprie idee e promettere di non uscire mai più dal grembo della Chiesa. Il sospettato doveva confessare la propria colpa, senza che gli venisse addebitata, ma non poteva provare la propria innocenza, né difendersi dall’accusa perché non conosceva i fatti o le idee che costituiva oggetto del processo. L’arbitrio degli inquisitori non lasciava scampo, dunque, a chi si rifiutava di abiurare: il Tribunale dell’ Inquisizione non poteva ammetter che il sospettato – proveniente dalla voce pubblica – fosse destituito di fondamento, confessando il proprio errore.

Alla scienza, come ad ogni altra attività dell’uomo, non era concessa altra libertà che testimoniare le verità teologali. Nell’ 600 Copernico, Newton e Galilei con le loro scoperte sconvolsero le basi stesse della fisica e dell’astronomia. Secondo la teoria di Copernico la Terra gira attorno al Sole: la dottrina tolemaica, sposata dalla Chiesa (la Terra è ferma), è sbagliata. Galileo Galilei , nel 1610, a conclusione della osservazione dei fenomeni celesti con il suo telescopio, dimostra che Copernico ha ragione. viene ammonito dall’ Inquisizione a sospendere i suoi studi, ma non obbedisce e scrive Il dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo. L’Inquisizione lo invita a recarsi a Roma per sottoporlo al processo. Minacciato di tortura e della pena di morte, lo scienziato accetta l’abiura per salvarsi dal rogo. Un gesto che gli sarà rimproverato da allievi e amici e, che lo costringerà ad una forzata solitudine, prigioniero dell’Inquisizione e dell’umiliazione, negli ultimi anni di vita.

Bertolt Brencht dedicò il suo capolavoro teatrale VITA DI GALILEO al dramma dello scienziato italiano e alla nuova era aperta dalle scoperte scientifiche. Mentre Brecht scriveva, gli Americani fecero esplodere la prima bomba atomica su Hiroshima. La devastante potenza dell’ordigno e le implicazioni morali, sociali, politiche, che l’era atomica consegnava all’umanità, influenzarono Brecht profondamente. Il suo Galileo, dapprima eroe e vittima, divenne un personaggio controverso, sicuramente condannabile per la ritrattazione. Gli eventi indussero Brecht a dare maggior peso alla libertà della scienza dal potere politico, piuttosto che alla vicenda umana dello scienziato. Lo scienziato che accetta il primato del potere – religioso, politico – tradisce la scienza. Dopo la condanna religiosa Galileo subisce, così, dopo cinque secoli, la condanna politica. Dalla prima è stato “riabilitato” dalla Chiesa pochi anni or sono. La seconda è rimasta un simbolo della intolleranza dei tempi moderni.

Il sistema solare

Sistema solare Insieme dei corpi celesti costituito dal Sole e dagli oggetti che orbitano intorno a esso: otto pianeti con relativi satelliti, migliaia di asteroidi e un numero imprecisato di comete. Lo spazio in cui orbitano questi corpi è pervaso da materia interplanetaria, costituita prevalentemente da polveri finissime e gas estremamente rarefatti.

Sole Stella che domina il sistema planetario al quale appartiene la Terra. Il Sole emette radiazione elettromagnetica e in questo modo fornisce energia, direttamente o indirettamente, a ogni forma di vita sulla Terra: tutto il cibo e i combustibili derivano, in ultima analisi, dalle piante che sfruttano la sua luce.

Il Sole è una stella tipica. Essendo relativamente vicino alla Terra, rappresenta un soggetto unico per lo studio dei fenomeni stellari: nessun’ altra stella può infatti essere studiata con uguale dettaglio.

Fin dall’antichità il Sole è stato considerato dall’uomo come un’entità dal significato speciale. Molte culture antiche lo adoravano e ne riconoscevano l’importanza nel ciclo della vita. Sebbene abbia sempre ricoperto un ruolo centrale nei calendari, in cui erano riportati i solstizi, gli equinozi e le eclissi, il Sole venne studiato con rigore soltanto dopo la scoperta delle macchie solari.

Gli astronomi cinesi avevano osservato le macchie a occhio nudo fin dal 200 a.C., ma lo studio sistematico di questi fenomeni iniziò solo nel 1611, con l’opera di Galileo Galilei. Grazie anche all’invenzione del telescopio, si delineò in quegli anni un nuovo approccio allo studio del Sole, che da allora venne considerato un corpo in evoluzione, del quale si potevano comprendere scientificamente sia le proprietà sia le modificazioni.

L’ energia emessa dal Sole viene irradiata in modo approssimativamente costante in ogni direzione dello spazio; la fonte di questa energia è nell’interno del Sole che, come la maggior parte delle stelle, è composto prevalentemente da idrogeno (il 71%) ed elio (27%) allo stato di plasma, con tracce di elementi più pesanti. All’interno del Sole si è individuato un nucleo centrale, con un raggio di circa 150.000 km, in cui la temperatura raggiunge i 16.000.000 K e la densità è 150 volte quella dell’acqua.

In tali condizioni, le collisioni tra i nuclei degli atomi di idrogeno innescano violente reazioni di fusione nucleare. Il risultato di questo processo è che quattro nuclei di idrogeno si combinano per formare un nucleo di elio (catena protone-protone), mentre viene liberata energia sotto forma di raggi gamma. Ogni secondo avvengono innumerevoli reazioni, che generano un’energia equivalente a quella rilasciata nell’esplosione di una bomba atomica di 100 miliardi di megaton.

Entro una zona che ha spessore di circa 500.000 km, l’energia prodotta all’interno del Sole si trasmette verso l’esterno per irraggiamento. Nei pressi della fotosfera, tuttavia, si trova una zona convettiva che occupa circa l’ultimo terzo del raggio solare, dove l’energia si trasmette per mezzo di moti turbolenti del gas. La fotosfera è la superficie superiore della zona convettiva.

Le celle convettive conferiscono alla fotosfera un aspetto irregolare a macchie, noto come “granulazione solare”. Ciascun granulo ha un diametro di circa 2000 km e una vita media di soli 10 minuti circa. Vi è anche una granulazione provocata dalla turbolenza che si estende in profondità nella zona convettiva. Questa supergranulazione ha celle che sopravvivono per circa un giorno e hanno dimensioni di circa 30.000 km.

La superficie della fotosfera appare costellata di aree scure variabili per forma e per numero, nelle quali si distingue una zona centrale (ombra), circondata da una regione di bordo leggermente più luminosa (penombra). Queste strutture prendono il nome di macchie solari e costituiscono i “punti freddi” della fotosfera.

Il passato e il futuro del Sole si possono dedurre dai modelli teorici dell’evoluzione stellare. Durante i suoi primi 50 milioni di anni, il Sole si contrasse fino a raggiungere pressappoco le dimensioni attuali. L’energia gravitazionale prodotta dal collasso del gas ne riscaldò l’interno e, quando il nucleo fu sufficientemente caldo, la contrazione si arrestò, mentre nel centro iniziarono le reazioni nucleari di fusione di idrogeno in elio. Il Sole si trova in questa fase della sua vita da circa 4,5 miliardi di anni e tali reazioni continueranno per altrettanto tempo.

Quando il combustibile si esaurirà, il Sole subirà alcune modificazioni: gli strati esterni si espanderanno dalle dimensioni attuali fino a sfiorare l’orbita della Terra, mentre il Sole diventerà una gigante rossa, un po’ più fredda di adesso ma 10.000 volte più brillante.

La nostra stella rimarrà una gigante rossa, con un nucleo nel quale avviene la fusione dell’elio, per circa mezzo miliardo di anni; il nucleo non è abbastanza massivo per innescare reazioni nucleari successive o, addirittura, un’esplosione distruttiva come accade ad altre stelle. Dopo la fase di gigante rossa, il Sole si contrarrà fino a diventare una nana bianca, di dimensioni simili a quelle della Terra, e si raffredderà lentamente per molti miliardi di anni.

I pianeti del sistema solare, in orbita ellittica intorno al Sole, sono otto: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno. Plutone, considerato sin dalla sua scoperta il nono e ultimo pianeta del nostro sistema planetario, nel 2006 è stato ridefinito “pianeta nano”.

Gli otto pianeti maggiori vengono divisi in due gruppi: quello dei pianeti interni (Mercurio, Venere, Terra, Marte) e quello dei pianeti esterni (Giove, Saturno, Urano, Nettuno). I primi sono piccoli e composti essenzialmente da rocce e metalli, i secondi hanno dimensioni assai maggiori e sono composti principalmente da gas.

La superficie di Mercurio presenta numerosi crateri generati dall’impatto di meteoriti. Il pianeta, circondato da un’atmosfera molto sottile, ha un’alta densità dovuta probabilmente alla grande massa ferrosa che ne costituisce il nucleo.

Venere è avvolto da un’atmosfera di anidride carbonica 90 volte più densa di quella terrestre; ciò provoca un intenso effetto serra e un conseguente surriscaldamento della superficie, che supera i 450 °C di temperatura.

La Terra è l’unico pianeta su cui, a quanto si sa, siano presenti acqua allo stato liquido e forme di vita. Esistono indizi della presenza di acqua in epoche passate anche su Marte; quel pianeta è oggi circondato da un’atmosfera molto tenue, che rende la superficie arida e fredda, con grandi calotte polari di ghiaccio secco (anidride carbonica allo stato solido).

Giove è il pianeta più grande del sistema solare; è avvolto da caratteristiche nubi dai colori pastello e da un’atmosfera di idrogeno ed elio; l’immensa magnetosfera, gli anelli e i numerosi satelliti ne fanno una sorta di sistema planetario a se stante.

L’altro grande pianeta del sistema, Saturno, è circondato, come Giove, da un sistema di anelli e satelliti. Urano e Nettuno contengono minori quantità di idrogeno rispetto ai due pianeti giganti; Urano, in particolare, ruota intorno a un asse che giace quasi sul piano dell’orbita.

Oltre ai pianeti, fanno parte del sistema solare anche gli asteroidi (o pianetini), i meteoroidi e le comete. Gli asteroidi sono corpi rocciosi che si trovano per la maggior parte in un’ampia fascia compresa tra le orbite di Marte e Giove. Sono migliaia e le loro dimensioni variano dai 1000 km del diametro di Cerere, a quelle di microscopici grani di polvere. Le meteoriti sono frammenti rocciosi che si separano da asteroidi e da meteoroidi e vanno a ricadere su corpi più grandi: pianeti, satelliti e il Sole stesso. Alcune di esse, con l’ingresso nell’atmosfera terrestre, si disintegrano per effetto dell’attrito, lasciando una scia luminosa e dando origine al fenomeno delle meteore.

Studi di laboratorio sulle meteoriti hanno permesso di ricavare molte informazioni sullo stato primordiale del sistema solare. Le superfici di Mercurio, di Marte e di molti satelliti (tra cui la Luna) mostrano gli effetti di un intenso bombardamento di meteoriti avvenuto agli inizi dell’evoluzione del sistema solare. Sulla Terra i segni dell’impatto di meteoriti sono stati in gran parte cancellati dall’erosione.

Le comete sono aggregati di polveri rocciose, ammoniaca, monossido di carbonio e anidride carbonica, di diametro compreso tra i 5 e 10 km. Descrivono orbite ellittiche molto eccentriche intorno al Sole; quando vi si avvicinano, per effetto della radiazione emessa dalla stella, i gas evaporano e formano intorno al nucleo cometario spettacolari chiome e code. La cometa più famosa è quella di Halley, che transita periodicamente nel sistema solare interno a intervalli di 76 anni circa; il suo passaggio più recente risale al 1986.

Plutone è considerato oggi un pianeta nano. Ha un diametro relativamente piccolo (2390 km), un’orbita ellittica molto eccentrica e una composizione che non ricorda né i pianeti rocciosi come la Terra, né quelli gassosi come Giove e Saturno: è infatti costituito essenzialmente da ghiacci.

Tranne Venere e Urano, che ruotano in senso orario, tutti i pianeti ruotano intorno al proprio asse e orbitano attorno al Sole in senso antiorario. L’intero sistema è situato approssimativamente su un unico piano; solo Mercurio (e Plutone) ha un’orbita molto inclinata rispetto a questo piano.

I sistemi di satelliti hanno un comportamento che rispecchia quello dei pianeti di appartenenza. Alcuni satelliti di Giove, Saturno e Nettuno descrivono orbite retrograde; altri satelliti hanno orbite fortemente ellittiche. Nell’orbita di Giove, inoltre, due gruppi di asteroidi, detti Troiani, precedono e seguono il pianeta di circa 60°; lo stesso fenomeno si verifica per alcuni piccoli corpi in orbita intorno a Saturno.