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L’astrofisica moderna                                  Massimo Badiali                                        INAF        ...
L’astrofisica è una parte di quella che una volta si chiamava RICERCAFONDAMENTALE. Che cosa significa?La definizione “rice...
Ciò è tanto vero che, ferma restando la distinzione tra i due tipi diricerca, sono cambiati i nomi con cui ciascun tipo vi...
Tale mentalità è radicata nel nostro paese più che in altri paesisviluppati. Si pensa alle risorse per la ricerca come ad ...
Ma ammettiamo pure che si parli di ricerca pura e ci si chieda quale siala sua utilità, al di là dell’imperativo categoric...
Gran parte del nuovo mercato nasce da esigenze legate alla ricercadi base e ha visto uno sviluppo che era assolutamente im...
Perché, in particolare, è importante anche l’ASTROFISICA?  La risposta più immediata è di natura COSMICA. L’astrofisica è ...
Ma, a parte questo, dobbiamo considerarla anche “utile”?            Tanto da spenderci i soldi del contribuente? La rispos...
Chiarita (speriamo) questa premessa “filosofica”, possiamo smetterla digirare attorno al tema assegnato, e affrontiamo la ...
Anzitutto, gli STRUMENTI DI OSSERVAZIONE sono oggi sempre piùpotenti e sofisticati. Ciò permette di osservare molte più co...
Vogliamo studiare non solo stelle e pianeti, ma anche nebulose, galassie,nuclei galattici, e tutti gli oggetti strani dell...
L’universo non è stazionario. Un tempo era molto diverso da oggi, esarà molto diverso in futuro. Vogliamo cercare di ricos...
L’astrofisica è strettamente connessa con la fisica fondamentale.La spiegazione dei fenomeni che avvengono nell’universo e...
ALTRI CIELI, ALTRI OCCHI  Anche se, lasciando da parte i neutrini e le onde  gravitazionali, parliamo solo di luce, …… sco...
Ecco perché, oltre ad osservatori terrestri sempre più potenti, disposti ad                                alta quotaIl VL...
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Sono telescopi spesso piuttosto strani, perché certe bande dellospettro (es. i raggi X e gamma) non possono essere deviate...
Sulla terra, oltre ai telescopi adatti alla luce visibile, restano gli immensi    radiotelescopi: la luce radio attraversa...
Con opportuni strumenti,sensibili a varie bande dellospettro elettromagnetico,possiamo vedere anche i cieli“invisibili”
L’osservazione di un oggetto celeste non si può dire completa se non vienecompiuta nelle varie bande dello spettro elettro...
In tal modo l’astrofisica può fin d’ora fare luce su molti interrogativi.L’evoluzione delle stelle, l’origine degli elemen...
Dicevamo della stretta connessione tra l’astrofisica e la fisicafondamentale. Essa non è a senso unico. Infatti, non solo ...
Per capire ad esempio i segreti della materia occorre costruireacceleratori sempre più giganteschi. L’astrofisica moderna ...
Come la materia che orbita a velocità “relativistica” (vicina a quella della  luce) attorno a una stella di neutroni o a u...
Infine, gli strumenti dell’astrofisica moderna rappresentano una continuasfida tecnologica, per non parlare dell’ambientaz...
la “pura” conoscenza del cosmo può tornare utile anche per un’altra     ragione, anche se a lunghissimo termine“I dont thi...
Speriamo di no. Intanto però, cerchiamo di conoscere la casa che abitiamoNegli ultimi cento anni abbiamo imparato molto di...
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Stage2011 badiali-astronomia moderna

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  1. 1. L’astrofisica moderna Massimo Badiali INAF Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica cosmica 07/02/11 Schema della lezione1. Perché questo stage di astrofisica?2. La ricerca scientifica è solo “interessante” o è anche “importante”?3. In particolare, l’astrofisica è importante?4. In che cosa l’astronomia moderna differisce dall’antica?5. Che tipo di risposte possiamo dare agli antichi interrogativi “filosofici” sull’universo, sulla sua natura e sul suo destino finale?
  2. 2. L’astrofisica è una parte di quella che una volta si chiamava RICERCAFONDAMENTALE. Che cosa significa?La definizione “ricerca fondamentale” è il risultato della distinzionetra ricerca pura (o appunto fondamentale, o di base) e ricercaapplicata. La prima ha per unico obiettivo la conoscenza, la secondaè orientata ad un obiettivo specifico, utilizzabile a fini pratici(industria, medicina, servizi e tecnologie varie).Per un non addetto ai lavori, magari sprovveduto e superficiale, taleclassificazione può dare l’impressione che la ricerca applicata sia lasola ad essere “utile”. La sola cioè da cui si possono aspettarebenefici per la società e per i singoli.Purtroppo proprio tale impressione ha finito col diffondersi in modocapillare nella nostra società. Ormai ne sono permeati anche i governi,che d’altra parte di questa società sono espressione.
  3. 3. Ciò è tanto vero che, ferma restando la distinzione tra i due tipi diricerca, sono cambiati i nomi con cui ciascun tipo viene definito. Nonsi sente quasi più dire Ricerca Fondamentale …Quel nome era un implicito riconoscimento del ruolo primario dellaricerca pura, svolta cioè al puro scopo di estendere laCONOSCENZA. In altre parole, si riconosceva che senza la ricercafondamentale non può vivere e svilupparsi nessun’altra ricerca.Da qualche tempo si preferisce usare un’altra definizione: RICERCACURIOSITY DRIVEN (mossa dalla curiosità), che invece sembracontenere un implicito giudizio sfavorevole rispetto ad una suppostaricerca “utile” (“TARGET DRIVEN” – motivata da un obiettivo)Ciò rispecchia il mutato atteggiamento della società (e dei governi) neiconfronti della scienza e della cultura in genere. O meglio, neiconfronti di quella cultura che non promette un utile immediato ecommerciabile. Un atteggiamento non solo ingeneroso, ma purtroppoanche SBAGLIATO
  4. 4. Tale mentalità è radicata nel nostro paese più che in altri paesisviluppati. Si pensa alle risorse per la ricerca come ad una spesaanziché ad un investimento.Per giunta, nel presente ambito di penuria di risorse, si pretende difavorire i temi “più promettenti” per risultati immediati. Posizionedovuta a ignoranza di un fatto fondamentale: quando si fa ricerca,spesso si scoprono risultati inattesi, utilizzabili in campi assolutamenteinsospettati.In realtà la distinzione tra ricerca pura e ricerca applicata, intesa insenso discriminatorio, è una MISTIFICAZIONE.I due tipi di ricerca sono così strettamente connessi, che è molto piùcorretto dire che esiste, da un lato, la ricerca, e dall’altro l’applicazionedella ricerca. Sono entrambe due “gambe” dello sviluppo.È sbagliato potenziare una gamba a scapito dell’altra.Vanno potenziate entrambe e va sviluppato il coordinamento fra le due. Ciò che manca nel nostro paese è un circuito efficiente, fatto di persone e strutture, capace di sviluppare l’interazione tra il mondo della ricerca e quello della produzione e dei servizi.
  5. 5. Ma ammettiamo pure che si parli di ricerca pura e ci si chieda quale siala sua utilità, al di là dell’imperativo categorico di perseguire laconoscenza (“fatti non foste a viver come bruti”). Possiamo individuarealmeno due punti essenziali 1- FORMAZIONELa ricerca fondamentale crea il supporto e il presupposto per laformazione delle competenze di base di scienziati, tecnologi,ingegneri, esperti di ogni genere impegnati non solo nella ricerca, maanche nella didattica, nei servizi, nell’industria 2 - RICADUTE Sempre più di frequente siamo di fronte ad esempi di risultati della ricerca di base che vengono utilizzati, in modo assolutamente imprevedibile ed inatteso, per realizzare prodotti commerciabili. È quindi sbagliato orientare i finanziamenti della ricerca solo sui temi che promettono di essere più fruttuosi.È raro che la ricerca “trovi” ciò che ci si aspetta. Per dirla con unabattuta, la lampadina non è stata scoperta cercando di perfezionare ilfunzionamento della candela.
  6. 6. Gran parte del nuovo mercato nasce da esigenze legate alla ricercadi base e ha visto uno sviluppo che era assolutamente imprevedibilesolo trent’anni fa.esempiTelefono cellulare – nasce fra i fisici del CERN di GinevraFotocamera digitale – nasce dallo sviluppo di microcristalli fotosensibili,utilizzati sul piano focale di telescopiCD – nascono come applicazione dell’ottica quantisticaINTERNET – nasce come strumento per rapido scambio di dati scientificitra diversi centri di ricerca.
  7. 7. Perché, in particolare, è importante anche l’ASTROFISICA? La risposta più immediata è di natura COSMICA. L’astrofisica è la materia che più direttamente si interessa del problema più “vasto”: la configurazione dell’Universo, la sua natura, la sua storia, il suo destino finalePossiamo affidare questo concetto alle parole di un illustre fisico teorico“Per poter valutare in modo adeguato la nostra esistenza si deveconoscere dapprima l’arena in cui questa si svolge, ossia l’universo”Brian Greene(fisico teorico, uno dei padri della teoria delle superstringhe)
  8. 8. Ma, a parte questo, dobbiamo considerarla anche “utile”? Tanto da spenderci i soldi del contribuente? La risposta è sì, ma questo risulterà chiaro proprio svolgendo lo stage, spiegando cioè di che cosa si occupa la moderna astrofisica. Per il momento, è importante puntualizzare che non si spende poi molto.Anzitutto, l’Italia spende in ricerca pubblica, in generale, meno dellametà della media europea. Riguardo all’astrofisica …L’Istituto Nazionale di Astrofisica (7 sedi ex-CNR e 12 Osservatorisparsi sul territorio nazionale, per un totale di 1100 persone):costi annui in € 82 Milioni, di cui il 75% stipendi.Meno del costo di un singolo caccia bombardiere militare (vedere Eurofighter Typhoon)La spesa annua complessiva per la ricerca pubblica di base è intorno a 500 Mil. di€. Ci dobbiamo preoccupare come contribuenti?Ma almeno 12 milioni di Italiani frequentano maghi e fattucchiere per una spesatotale annua di 5 MILIARDI di € (a privati, ovviamente: oroscopi RAI a parte)Abbiamo un evidente problema di cultura
  9. 9. Chiarita (speriamo) questa premessa “filosofica”, possiamo smetterla digirare attorno al tema assegnato, e affrontiamo la questione: che cos’è lamoderna astronomia? In che cosa differisce dall’astronomia dei nostri avi? Diciamo subito che l’astronomia moderna è qualcosa di molto più vasto e ponderoso. Fermo restando l’obiettivo originario, e cioè osservare il cielo e cercare di capire che cosa succede fra le stelle, vi sono punti di sostanziale differenza.
  10. 10. Anzitutto, gli STRUMENTI DI OSSERVAZIONE sono oggi sempre piùpotenti e sofisticati. Ciò permette di osservare molte più cose.
  11. 11. Vogliamo studiare non solo stelle e pianeti, ma anche nebulose, galassie,nuclei galattici, e tutti gli oggetti strani dell’universo, luminosi e oscuri. Inoltre, l’astronomia moderna non si limita ad osservare il cielo Vogliamo capire “come funziona”.
  12. 12. L’universo non è stazionario. Un tempo era molto diverso da oggi, esarà molto diverso in futuro. Vogliamo cercare di ricostruirne lastoria e prevedere gli sviluppi futuri.Vogliamo utilizzare tutta l’informazione che ci viene dall’universo. Nonsolo la luce. Sul nostro pianeta arrivano raggi cosmici, neutrini, ondegravitazionali. Tutti provengono dall’universo e ce ne raccontano la loroparte di storia. La luce rappresenta comunque il veicolo più riccod’informazione.Anche l’INTERPRETAZIONE di ciò che viene osservato si avvaleoggi di ben altri STRUMENTI DI ANALISI. Primo fra tutti, lamoderna FISICA. L’astronomia moderna è soprattuttoASTROFISICA
  13. 13. L’astrofisica è strettamente connessa con la fisica fondamentale.La spiegazione dei fenomeni che avvengono nell’universo esige laconoscenza approfondita di tutti i suoi aspetti (citiamone solo alcuni):-Fisica atomica e nucleare-Fisica delle particelle elementari-Ottica ed elettrodinamica-Termodinamica-Fluidodinamica-Relatività generale-… Infine, l’elaborazione di modelli astrofisici sempre più complessi diventa possibile grazie ai moderni mezzi di calcolo, in continua evoluzione
  14. 14. ALTRI CIELI, ALTRI OCCHI Anche se, lasciando da parte i neutrini e le onde gravitazionali, parliamo solo di luce, …… scopriamo che la luce visibile all’occhio umano è solo una piccolabanda del largo spettro delle onde elettromagneticheE che gran parte di questo spettro viene assorbito dall’atmosfera terrestre (resta indenne la banda radio, e, a certe condizioni, la piccola banda del visibile)
  15. 15. Ecco perché, oltre ad osservatori terrestri sempre più potenti, disposti ad alta quotaIl VLT (Very Large Telescope) dell’ESO aCerro Paranal (Cile) a 2635 m di quota.4 telescopi con specchio primario di 8 metri.
  16. 16. … abbiamo bisogno di portare i nostri telescopi fuori dell’atmosfera, nello spazio
  17. 17. Sono telescopi spesso piuttosto strani, perché certe bande dellospettro (es. i raggi X e gamma) non possono essere deviate da lenti o specchi.
  18. 18. Sulla terra, oltre ai telescopi adatti alla luce visibile, restano gli immensi radiotelescopi: la luce radio attraversa agevolmente l’atmosfera
  19. 19. Con opportuni strumenti,sensibili a varie bande dellospettro elettromagnetico,possiamo vedere anche i cieli“invisibili”
  20. 20. L’osservazione di un oggetto celeste non si può dire completa se non vienecompiuta nelle varie bande dello spettro elettromagnetico, confrontandotra loro le varie immagini ottenute.
  21. 21. In tal modo l’astrofisica può fin d’ora fare luce su molti interrogativi.L’evoluzione delle stelle, l’origine degli elementi chimici, la composizionedell’universo, i meccanismi che operano in condizioni fisiche estreme nellamateria molto rarefatta (spazi interstellari e intergalattici) o in quellamolto densa (nane bianche, stelle di neutroni, buchi neri, nuclei galattici). La superficie di Marte C’è poi un campo in cui l’astronomia ha cessato di essere tale perché è diventata esplorazione diretta dei corpi celesti. Ovviamente, quelli a noi più vicini: i pianeti, gli asteroidi e le comete del Sistema Solare.
  22. 22. Dicevamo della stretta connessione tra l’astrofisica e la fisicafondamentale. Essa non è a senso unico. Infatti, non solo la fisica èsupporto indispensabile all’astronomia, ma succede anche l’inverso.L’astrofisica è sempre più un valido supporto alla fisica, specialmente allafisica fondamentale, sia per quanto riguarda la relatività generale(l’estremamente grande) sia per la fisica delle alte energie e delleparticelle elementari (l’estremamente piccolo). Come è possibile?
  23. 23. Per capire ad esempio i segreti della materia occorre costruireacceleratori sempre più giganteschi. L’astrofisica moderna permette diosservare acceleratori naturali enormemente più grandi che l’universooffre spontaneamente
  24. 24. Come la materia che orbita a velocità “relativistica” (vicina a quella della luce) attorno a una stella di neutroni o a un buco nero
  25. 25. Infine, gli strumenti dell’astrofisica moderna rappresentano una continuasfida tecnologica, per non parlare dell’ambientazione nello spazio ocomunque in luoghi impervi come ad esempio l’Antartide. Ogni passoproduce innovazione in campi inesplorati. Questa risulta utilizzabile anchein campi molto diversi dall’astronomia (sensoristica, robotica, diagnosticabiomedica, ecc.). Speriamo di aver chiarito che, se si parla di astronomia moderna … … Non si tratta solo di osservare le stelle
  26. 26. la “pura” conoscenza del cosmo può tornare utile anche per un’altra ragione, anche se a lunghissimo termine“I dont think the human race will survive the nextthousand years, unless we spread into space. There aretoo many accidents that can befall life on a singleplanet."“Non penso che il genere umano potrà sopravvivere per iprossimi mille anni, a meno che non colonizziamo lo spazio. Visono troppi incidenti che possono accadere nella vita di unsingolo pianeta” Stephen Hawking (fisico, cosmologo) Sarà questa l’ultima riflessione di nostri lontani pronipoti davanti alla Terra morente? “Ci sono molti debiti e molte promesse non mantenute. Noi promettemmo di far grandi cose nel futuro, di conquistare le stelle e rendere migliore l’universo. Invece non ci siamo riusciti. L’uomo muore, e l’universo non saprà neppure che è scomparso.” Lester del Rey, scrittore- Mia è la vendetta - Vengeance is mine
  27. 27. Speriamo di no. Intanto però, cerchiamo di conoscere la casa che abitiamoNegli ultimi cento anni abbiamo imparato molto di più sulle originidell’universo, sulla sua età e sul suo divenire, che non nel resto dell’interastoria umana. Alcuni quesiti esistenziali sulla causa e sullo scopo della suaesistenza (e della nostra stessa presenza) sono destinati a restare senzarisposta, perché esulano dal campo dell’indagine scientifica. Essiappartengono più al sentire che al conoscere. Tuttavia la conoscenza può conferire al nostro sentire una maggiore consapevolezza. Come se contemplassimo lo stesso mistero avendo a disposizione più luce.
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