Distanze e luminosità delle stelle

Le stelle occupano uno spazio molto piccolo sulla volta celeste. Inoltre esse sembrano ruotare in cielo alla stessa velocità angolare del Sole. Se teniamo conto della rotazione terrestre, allora concludiamo che le stelle non si muovono, oppure che sono così lontane che noi non riusciamo a vedere il loro spostamento. Gli astronomi hanno compiuto delle misure molto precise della posizione di molte stelle e hanno trovato distanze grandissime.


(Cortesia Alitalia)
È come quando osservi un aereo in cielo: esso sembra spostarsi molto lentamente. In realtà, un aereo viaggia a diverse centinaia di chilometri l'ora.

Che cosa succederebbe se il Sole si trovasse a distanze molto maggiori di quella alla quale si trova? Puoi vederlo in questo disegno.
Supponi che la figura 1 rappresenti le dimensioni apparenti del Sole. Nella figura 2 puoi vedere le dimensioni che esso avrebbe in proporzione, se si trovasse alla distanza media di Giove dalla Terra (circa 780 milioni di Km). Nella figura 3, se si trovasse alla massima distanza di Plutone dal Sole (circa 8 miliardi di Km).

Infine, l'immagine numero 4 mostra come ci apparirebbe il Sole se si trovasse alla distanza della stella più vicina a noi.
Come puoi vedere, a quella distanza il Sole ci sembrerebbe un semplice puntino nel cielo: esattamente come le stelle. Il Sole in effetti è l'unica stella della quale riusciamo a vedere la superficie.. Tutte le altre sono così lontane da apparirci puntiformi.

Gli astronomi misurano le distanze delle stelle in anni luce. Ricordi che la radiazione viaggia con velocità finita ? Un anno luce è la distanza che la luce percorre in un anno, e corrisponde a 9461 miliardi di chilometri.
Ma quanto sono distanti le stelle? La stella più vicina a noi si chiama Proxima Centauri e si trova nella costellazione del Centauro.
Questa stella si trova a "soli" 4,2 anni luce, che corrispondono a 38mila miliardi di chilometri!!! Per arrivare dalla stella fino a noi, la luce impiega più di 4 anni e 2 mesi. E si tratta solo della stella più vicina....

Le distanze stellari

Le stelle, dunque, sono corpi celesti simili al Sole, ma posti a distanze molto maggiori. per questo motivo che sono così piccole e deboli rispetto al Sole.
Le stelle hanno distanze molto diverse tra loro. La misura di una distanza è una delle cose più difficili in astronomia. Sulla Terra possiamo utilizzare un righello, un'asta o una corda per misurare in modo diretto la distanza tra due oggetti, ma certo questo non si può fare con una stella o un pianeta....

Ci sono però alcuni metodi indiretti per calcolare la distanza di una stella a partire da altri dati. Uno di questi prende il nome di metodo della parallasse.
La parallasse è lo spostamento apparente di un oggetto rispetto allo sfondo, quando viene osservato da due punti diversi. Ne abbiamo già parlato a proposito della distanza della Luna.

Adesso guarda questo disegno. Supponi di conoscere tutti i dati riguardanti il triangolo ABC: lunghezza dei lati, altezza CH e misura degli angoli p e q. Puoi allora utilizzare questo triangolo per misurare la grandezza FG. Infatti i due triangoli nella figura sono simili: hanno gli stessi angoli p e q.

Due triangoli simili hanno una caratteristica importante: il rapporto tra le lunghezze di due lati qualsiasi è lo stesso in un triangolo e nell'altro. Se conosciamo la misura della base del secondo triangolo, cioè DE, possiamo conoscere anche FG.
Infatti, per la proprietà dei triangoli simili, sarà


Questa proprietà viene usata dagli astronomi per misurare la distanza di una stella.
Se provi a guardare prima con un occhio e poi con l'altro degli oggetti posti a distanze diverse, ti accorgerai che la parallasse è sempre più piccola man mano che la distanza cresce.

Le stelle sono molto lontane, perciò misurandone la posizione da un occhio e dall'altro non vedremmo alcuna differenza. Nemmeno due persone poste ad un chilometro l'una dall'altra noterebbero niente.
Per poter vedere una piccola differenza nella posizione di una stella rispetto alle stelle vicine, bisogna osservarla da due punti molto distanti tra loro.
L'unico modo per misurare la parallasse stellare è osservare la stella da due estremi opposti dell'orbita della Terra !
Per fare questo bisogna compiere le osservazioni a distanza di sei mesi l'una dall'altra. La distanza tra questi due punti è circa 300 milioni di chilometri: appena sufficienti per misurare la distanza delle stelle più vicine a noi....
S1 ed S2 sono le due posizioni apparenti della stella S a distanza di sei mesi. L'angolo p che vedi nella figura qui sopra è la parallasse della stella.

Durante l'anno, la stella S sembra percorrere un'ellisse nel cielo. Essa viene chiamata ellisse di parallasse. In realtà è la Terra che descrive tale ellisse, orbitando intorno al Sole; per capire che cosa avviene, clicca sul bottone qui sotto. Nel corso dell'anno, una stella vicina sembra percorrere un ellisse nel cielo, rispetto alle stelle che stanno sullo sfondo. Esse sono così lontane che le vediamo sempre nella stessa posizione in cielo.

L'ellisse diparallasse

Vuoi vedere un'animazione dell'ellisse di parallasse?

Gli astronomi usano spesso come unità di misura delle distanze il parsec. "Parsec" è l'abbreviazione di "parallasse secondo" ed è la distanza dalla quale si vede il raggio dell'orbita terrestre esattamente sotto un angolo di 1 secondo d'arco. 1 parsec equivale a 3,26 anni luce.

Il metodo della parallasse si può usare solo per stelle molto vicine, proprio perché oltre una certa distanza la parallasse diventa così piccola da non poter più essere misurata. Le parallassi delle stelle sono tutte inferiori ad 1 secondo d'arco.
Per esempio, la parallasse di Proxima Centauri, la stella più vicina al nostro Sole, è pari a 0,81 secondi d'arco.
Le stelle distanti 100 parsec hanno una parallasse di un centesimo di secondo d'arco. Gi angoli più piccoli di così non sono misurabili con gli strumenti a disposizione degli astronomi. Le distanze di stelle più lontane di 100 parsec vanno misurate con altri metodi. Più avanti vedremo come.

Allo stadio attuale della tecnologia, non è realistico pensare di poter raggiungere una stella, anche se vicina, con una nave spaziale. I "viaggi stellari" o "extragalattici" della fantascienza sono una semplice invenzione, così come i viaggi alla velocità della luce: nessun corpo materiale può muoversi alla velocità della luce.
Alla tipica velocità di una navicella spaziale, ci vogliono diversi anni soltanto per raggiungere i confini del nostro Sistema Solare. Per raggiungere Proxima Centauri ne occorrerebbero 500 mila!

Le luminosità delle stelle:

Non solo le dimensioni di un astro cambiano con la distanza, ma anche la sua brillantezza apparente. Abbiamo visto infatti che la luminosità di una sorgente decresce con la distanza r come 1/r2.


Secondo te la luminosità apparente di una tipica stella è più simile a

  • quella di una lampadina da 100 Watt posta ad un metro di distanza
  • quella di una candela posta a dieci metri di distanza
  • quella di una lucciola posta a venti metri di distanza

La risposta più giusta è la terza, infatti la tipica luminosità apparente di una stella è tale da renderla appena visibile in cielo. Nelle città, le luci artificiali rendono ancora più difficile scorgerle, infatti se ne vedono molte meno che in campagna.

Adesso supponi, come prima, di spostare il Sole sempre più lontano. Alla distanza alla quale si trova veramente, la brillantezza apparente del Sole è pari a quella di una lampadina da 100 Watt posta a circa 7 cm e mezzo dai nostri occhi.
Se invece il Sole si trovasse alla distanza media di Giove, ci apparirebbe luminoso come una candela posta a circa 11 centimetri da noi. Alla distanza massima di Plutone, invece, come una candela ad 1 metro e 20 di distanza.
Infine, se potessimo allontanarlo fino alla distanza della stella più vicina, come ci apparirebbe? esattamente come una qualunque stella del cielo...

Dunque l'apparenza di una stella (dimensione, luminosità) dipende certamente dalle sue qualità intrinseche, ma anche dalla sua distanza da noi.

Da quello che abbiamo visto fino ad ora, il Sole e le stelle sono la stessa cosa. Il Sole non è nemmeno una stella particolare, è soltanto la più vicina a noi.
Viceversa, le stelle potrebbero essere come dei soli, soltanto posti a grandissime distanze da noi.... Come vedremo, il meccanismo che le alimenta è lo stesso che sostiene il Sole.
Ma quanto sono brillanti le stelle ? Ce ne sono di diversi tipi e luminosità. Le più deboli hanno una luminosità pari ad un millesimo di quella del Sole o anche meno. Le più brillanti, invece, di qualche centinaia di migliaia di volte.

Prova ora a contare quante stelle si vedono all'incirca in cielo, altrimenti vai avanti per conoscerle meglio.