Ma cosa vedo in una fotografia astronomica?

Mi capita spesso di sentirmi rivolgere questa domanda, legittima curiosità di qualcuno che osservando la foto ne e' affascinato e vorrebbe sapere -quando non e' palese- cosa sta guardando, 'quanta' porzione di cielo e' rappresentata e quindi quanto e' grande l'oggetto spaziale inquadrato. Oppure, piu' semplicemente, com'e' possibile vedere in una fotografia oggetti cosi' colorati, e non vedere assolutamente niente nemmeno con un buon binocolo. Vediamo di soddisfare per somme linee queste curiosita'.

Le foto astronomiche riguardano essenzialmente due tipi di scenari, chiamati generalmente 'planetario' e 'spazio profondo'. Anche le tecniche fotografiche sono differenti per queste due categorie, pur presentando le stesse grosse difficolta' di base.

Il Planetario

Per planetario si intende comunemente tutto quello che e' compreso nel nostro sistema solare. Ovviamente quindi il sole e tutti i pianeti, compreso l'esiliato Plutone che dal 2006 con una controversa decisione non e' piu' considerato un pianeta a tutti gli effetti dalla comunita' scientifica internazionale, bensì un pianeta nano (non e' molto piu' grande delle nostra luna), e come tale va quindi a fare compagnia a Cerere, altro pianeta nano (diametro di soli 932 km) in orbita tra Marte e Giove. Ad ogni modo una fotografia astronomica di planetario e' normalmente autoesplicativa, in buona sostanza si tratta solo di riconoscere il pianeta e trarre da se le proprie conclusioni. Qualcuno avra' notato che nelle fotografie di planetario, oltre al pianeta evidentemente soggetto della fotografia non si notano mai stelle, cosi come siamo abituati a vederle in altre fotografie astronomiche. La motivazione e' presto chiarita: i pianeti che fotografiamo sono infinitamente piu' vicini alla terra se paragonati alle stelle sullo sfondo, quindi, avendo l'astrofotografo la necessita' di seguire il pianeta durante tutta la durata della ripresa, ne risulta un diverso movimento di parallasse che impedisce all'apparecchiatura fotografica di fissare le stelle retrostanti. In altre parole, i pianeti apparentemente per i nostri occhi si muovono nel cielo a velocita di gran lunga superiori rispetto al campo stellare; in aggiunta seguono anche una traiettoria diversa, e la stessa tecnica fotografica utilizzata non e' favorevole a fissare le stelle. I pianeti del sistema solare in prima battuta possono sembrare delle realta' lontanissime da noi e quasi aliene. In una visuale anche solo leggermente piu' ampia del cosmo, sono invece da considerarsi subito fuori dalla porta di casa nostra, ben prima di arrivare in cortile. Ecco perche' la maggior parte delle persone si mostra sorpresa quando gli dico che almeno 6 dei pianeti del sistema solare sono tranquillamente visibili nel cielo notturno -e a volte gia anche durante il tramonto- semplicemente ad occhio nudo....

Le proporzioni del sole e dei pianeti sono rispettate. Non le distanze.

Lo Spazio Profondo

Le fotografie astronomiche che rappresentano oggetti dello spazio profondo, di qualsiasi tipo si tratti, sono sicuramente piu curiose ed esotiche. In parte perche' escluse rarissime eccezioni, sono fotografie che mostrano oggetti assolutamente invisibili ad occhio nudo. Una vastissima parte di questi oggetti sono invisibili anche usando un buon binocolo, altri sono appena visibili usando un telescopio, ed altri ancora non si riescono a scorgere nemmeno usando telescopi, anche se piu' potenti. La maggior parte di questi oggetti PUO' essere fotografata con tecniche ed accorgimenti particolari, in quanto la sensibilita' dei sensori delle moderne e piu avanzate macchine fotografiche digitali (o meglio ancora dei sensori fotografici dedicati alla fotografia astronomica) e' molto superiore a quella dell'occhio umano, e a differenza dei nostri occhi, possono 'immagazzinare e ricordarsi' informazioni sulla luce in arrivo e sommarle tra loro, generando immagini piu' luminose di quanto potranno mai fornire a noi i nostri occhi.

Se in una notte tersa guardiamo il cielo sopra di noi, vedremo un certo numero di stelle; se ci spostassimo in montagna lontano da centri abitati, o in una zona disabitata per decine di chilometri attorno a noi, il numero di stelle che vedremmo nella stessa porzione di cielo sarebbe enormemente superiore, anche di centinaia di volte (!)

L'effetto e' dovuto all'inquinamento luminoso: fari, luci, insegne, lampioni. Tutte queste luci diffuse, aumentano la luminosita di fondo attorno a noi, percepita dai nostri occhi, e le stelle piu lontane e deboli non riescono ad emergere e a mostrarsi nel cielo. Se tornassimo sulla nostra montagna, torneremmo a vederle. Ma nemmeno questo e' sufficiente per scorgere oggetti stellari dello spazio profondo, esclusa qualche eccezione.

Appena gettiamo un'occhiata 'dentro' a un telescopio, realizziamo che le nostre piccole e deboli stelline appena riscoperte sono al contrario alquanto potenti, e sono solo una piccolissima frazione di quelle che ora vediamo con l'ausilio del telescopio. In un attimo ci si perde. Guardiamo ad occhio nudo la porzione di cielo e ci pare quasi vuota, con qualche stellina qua' e la'.

Una fotografia di campo relativamente largo della stessa zona, mostrerebbe un numero imbarazzante di stelle

Porzione di cielo relativa a una parte di via lattea, fotografata sotto un cielo di montagna (c) Paolo Duzioni

Nascosti in questo autentico mare di luce, gli oggetti spaziali piu' diversi: nebulose, ammassi aperti e globulari, galassie di diverse forme e dimensioni...

LE NEBULOSE

In astronomia, una nebulosa e' una nube interstellare di gas e polveri, che viene ulteriormente suddivisa in diverse tipologie, a seconda della sua composizione chimica e di come viene illuminata .

LE NEBULOSE OSCURE

Le nebulose oscure si possono osservare solamente se oscurano parte di un'altra nebulosa dietro di se, oppure se bloccano la luce delle stelle di fondo. Non sono buchi nello spazio come sembrano, e neppure sono vuote; al contrario contengono anche molte stelle! L'interno delle nubulose oscure è pero' sempre completamente nascosto alla vista e non è rilevabile.

Nebulosa oscura Barnard 68 - Credit FORS Team, ESO

LE NEBULOSE AD EMISSIONE

Una nebulosa ad emissione e' una nube di gas ionizzato che emette luce di vari colori. L'origine più comune della ionizzazione sono fotoni ad alta energia emessi da una vicina stella calda. Solitamente, una giovane stella ionizza parte della stessa nube dalla quale nacque. Solo le grandi e calde stelle possono rilasciare l'ammontare di energia richiesta a ionizzare una parte significativa della nube. Più spesso, un intero ammasso di giovani stelle svolge il compito. Il colore della nebulosa dipende dalla sua composizione chimica e dal livello di ionizzazione.

Nebulosa ad emissione M42 Orione - (c) Paolo Duzioni

LE NEBULOSE A RIFLESSIONE

In astronomia, le nebulose a riflessione sono nubi di polvere che riflettono la luce di stelle vicine, come la nebbia pare illuminarsi al passaggio dei fari di un'automobile. Si formano quando le stelle (o la stella) vicine non sono calde abbastanza per causare la ionizzazione del gas, come nella nebulosa a emissione, ma sono abbastanza brillanti tanto da rendere visibile la polvere. Perciò lo spettro mostrato dalle nebulose a riflessione è simile a quello delle stelle che le illuminano. Le nebulose a riflessione sono solitamente luoghi di formazione stellare, come il caso delle giovanissime stelle che formano l'ammasso delle Pleiadi, circondate da nebulose a riflessione.

Nebulosa a riflessione in ammaso aperto M45 Pleiadi - (c) Paolo Duzioni

LE NEBULOSE PLANETARIE

Una nebulosa planetaria è un oggetto astronomico che appare generalmente come nebuloso e simile ad un disco, quando visto a risoluzioni non molto elevate. A causa di questo aspetto, simile a quello dei pianeti nelle prime osservazioni telescopiche, l'aggettivo planetaria è stato aggiunto al nome ed è rimasto per consistenza storica. Sono invece il prodotto delle ultime fasi della vita di una stella di piccola massa (non più di alcune volte quella del nostro Sole). Quando raggiunge la fine della propria vita, espelle i propri strati esterni in vari episodi di reazioni di fusione nucleare. Mentre la stella genitrice si contrae in una nana bianca, il gas eiettato forma una nube di materiale attorno ad essa. È questa nube ad essere chiamata nebulosa planetaria. Il resto della stella che ha prodotto la nebulosa è anche responsabile della produzione di energia che la fa risplendere: la radiazione ultravioletta prodotta dalla caldissima nana bianca eccita gli atomi della nebulosa, che tornano poi al loro stato di minima energia emettendo radiazione luminosa. A seconda della composizione chimica e della potenza della radiazione originantesi dalla nana bianca, la nebulosa può assumere colori diversi come il rosso, il verde e addirittura il blu.

Nebulosa Planetaria NGC 6543 "Occhio di gatto" - Credit NASA/ESA

LE GALASSIE

In astronomia, col termine galassia ci si riferisce a un sistema legato gravitazionalmente, costituito da stelle, gas interstellare, polveri e probabilmente da materia oscura, recentemente scoperta -o meglio, ipotizzata- in quanto completamente inosservabile. Possono assumere forma a spirale, ellittica o irregolare. Le galassie in genere tendono a raggrupparsi in strutture più complesse come i gruppi o gli ammassi di galassie.

Tipologie esistenti di Galassie

Un esempio di galassia è la nostra Via Lattea, nella quale si trova il nostro Sistema Solare. La Via Lattea è una galassia a spirale barrata (tipo SBc, in figura sopra) con un diametro di circa 100.000 anni luce, contenente circa 400 miliardi di stelle (o di Soli, se preferite), ed ha una massa totale di circa mille miliardi di volte quella del nostro sole.

Galassia a spirale M31 Andromeda - (c) Paolo Duzioni

Lo spazio tra le galassie è relativamente vuoto, eccetto per le nubi di gas interstellari.

Poche galassie sono isolate, la maggior parte sono legate gravitazionalmente a numerose altre. Strutture contenenti fino a 50 galassie sono dette gruppi di galassie, mentre strutture più grandi, contenenti diverse migliaia di galassie, sono dette ammassi. I superammassi di galassie sono strutture gigantesche contenti decine di migliaia di galassie, unite in ammassi, gruppi e a volte individualmente. Vi sono recenti evidenze di strutture di dimensioni ancora maggiori dei superammassi di galassie.

La nostra galassia fa parte del Gruppo Locale di cui è la seconda più massiccia dopo la galassia di Andromeda, larga circa 100.000 anni luce. In tutto, il Gruppo Locale contiene circa 30 galassie, e ha un diametro di dieci megaparsec.

GLI AMMASSI

AMMASSI GLOBULARI

Un ammasso globulare (o ammasso chiuso) è un gruppo sferoidale di stelle che orbita attorno ad una galassia. Le loro orbite occupano in genere un volume sferico o ellittico, anche nel caso delle galassie spirali (le cui stelle sono confinate in un disco). Le stelle sono strettamente impacchettate dal loro stesso campo gravitazionale, che conferisce al gruppo la sua forma sferica, e lo rende estremamente denso nelle regioni centrali. Gli ammassi globulari sono in genere composti da centinaia di migliaia di stelle vecchie, tutte confinate in poco spazio.

Fu grazie allo studio degli ammassi globulari che si riuscì a determinare la posizione del Sole nella Via Lattea. Fino al 1930, si pensava che il Sole si trovasse nel mezzo della nostra galassia, perché la distribuzione delle stelle osservabili in cielo dalla terra appare uniforme. Ma si trovò che la distribuzione degli ammassi globulari era fortemente asimmetrica, formando una sfera con un centro posto a circa 30.000 anni luce dal nostro Sole. Divenne chiaro che la galassia osservabile da terra era solo una piccola parte di quella vera, la quale è oscurata da gas e polveri. È inoltre quasi sicuro che numerosi ammassi globulari si trovano, inosservabili, dalla parte opposta della nostra galassia, la cui linea di vista è oscurata.

La maggior parte degli ammassi globulari sono molto vecchi, di colore tendente al rossiccio-arancio, e probabilmente si formarono assieme alla loro galassia ospite. Si conoscono però alcuni ammassi globulari blu (colore indicante stelle calde e molto giovani), con un'età di formazione relativamente recente. Non è ben chiaro se gli ammassi globulari possono formarsi normalmente nelle fasi avanzate della vita di una galassia, ma sembra probabile che la loro formazione sia innescata da eventi catastrofici come gli scontri tra galassie. E' quindi piuttosto realistico immaginarli come 'rottami' originatisi da questi enormi incidenti spaziali.

Ammasso globulare M80 - Credit STScI

AMMASSI APERTI

Un ammasso aperto è un gruppo di stelle nate insieme da una nube molecolare gigante, e ancora unite dalla reciproca attrazione gravitazionale. Sono anche chiamati ammassi galattici, poiché si trovano solo all'interno delle galassie. Gli ammassi aperti sono oggetti giovani (astronomicamente parlando), e contengono quindi molte stelle calde e luminose. Questo rende gli ammassi aperti visibili da grandi distanze, e uno degli oggetti preferiti dagli astrofili. La nube molecolare "genitore" è a volte ancora associata con l'ammasso, che ne illumina alcune parti che diventano visibili come una o più nebulose. Le Pleiadi sono un perfetto esempio di ammassao stellare aperto, associato con la sua nebulosa a riflessione (foto sopra).

Le stelle che compongono un ammasso aperto sono inizialmente molto vicine, e si muovono con la stessa velocità attorno al centro della Galassia. Dopo un tempo dell'ordine del mezzo miliardo di anni, un normale ammasso aperto tende ad essere disturbato da fattori esterni (in genere, nubi molecolari che gli passano vicino); le sue stelle iniziano a muoversi con velocità leggermente differenti e l'ammasso inizia a sfaldarsi, esattamente come ha fatto quello dell'Orsa Maggiore. L'ammasso diventa quindi più simile ad una corrente di stelle, non abbastanza vicine per essere considerate un ammasso ma tutte legate tra di loro e con lo stesso moto generale.

Dopo un miliardo di anni, l'ammasso è ormai totalmente scomparso. Alcune stelle si troveranno dalla parte opposta della Galassia rispetto alle altre. L'ammasso da cui ebbe origine il Sole, formatosi cinque miliardi di anni fa, è ormai scomparso, e le sue stelle sono disperse nel disco della galassia, senza possibilità di poterle distinguere dalla popolazione galattica generale.La velocità esatta dell'evoluzione di un ammasso può variare a seconda della sua densità stellare: ammassi più densi sopravviveranno per un tempo più lungo, ma nessun ammasso conosciuto ha un'età maggiore di alcuni miliardi di anni.

Ammasso aperto NGC265 in Magellano. Credit NASA/ESA.

In altre parole nelle fotografie astronomiche sono presenti manifestazioni luminose a diversi livelli, originate dalle reazioni chimiche delle stelle (le quali essenzialmente sono delle enormi centrali nucleari) che illuminano altro materiale spaziale, piu o meno lontano. Sono presenti addensamenti di materiali che nel tempo tramite reazioni chimiche e meccaniche, hanno originato corpi solidi e gassosi, che interagiscono tra loro unendosi, utandosi, separandosi, cambiando forma e dimensione. In perenne caos, o perfetto equilibrio, a seconda del nostro punto di vista.

Cercare di descrivere dimensioni e distanze utilizzando i numeri ci costringerebbe a leggere una quantita' tale di zeri, da perdere assolutamente il senso dei valori.

Il filmato seguente puo' meglio aiutare a comprendere in senso assoluto che la nostra terra non e' poi molto piu grande di un granello di sabbia.

Di quelli piccoli.