Come misurare distanza e velocita’ di una stella

Diverse volte ci siamo trovati a parlare di stelle e molto spesso abbiamo fatto riferimento alla loro distanza dalla Terra. Questo parametro e’ di fondamentale importanza in tantissime misure fisiche che vengono fatte e, ad esempio, quando abbiamo studiato il caso della WR104. La distanza tra noi e questa stella risultava determinante nell’analisi dell’eventuale Gamma Ray Burst che potrebbe investirci:

– WR104: un fucile puntato verso la Terra?

Ora, nella sezione:

– Hai domande o dubbi?

Un nostro caro lettore, ragionando su questo parametro, ha espresso un dubbio molto interessante. In particolare, la domanda fatta era mirata a capire come mai, eventualmente, lo spostamento verso il rosso delle stelle poteva essere simultaneamente utilizzato sia per misurare la distanza che lo spettro di una stella. Detto in termini matematici, come facciamo a ricavare due incognite da una sola equazione?

Cerchiamo di rispondere a questa domanda, spiegando anche cosa sarebbe questo spostamento verso il rosso, o redshift, ma soprattutto come vengono misurate le distanze in astronomia.

Questi concetti sono molto interessanti ed in genere trascurati in contesti divulgativi. Quando sentiamo parlare qualche astronomo, vengono tranquillamente citate distanze di anni luce da noi, senza pero’ far capire come sia possibile misurare questi parametri.

Andiamo con ordine, partendo proprio da questa prima riflessione. Come si misurano distanze cosi’ grandi, ma soprattutto distanze di oggetti che non possiamo toccare con mano?

La prima semplice tecnica e’ basata su misure di parallasse. Cosa significa? Per spiegare questo importante concetto, partiamo subito con un esempio. Supponente di guardare qualcosa distante da voi qualche metro. Potete proprio realizzare questo esperimento guardando gli oggettti che avete intorno. Bene, adesso scegliamo un oggetto piccolo o grande a piacere e facciamo un eperimento. Mettete un dito davanti ad i vostri occhi, distante appena l’apertura del braccio, guardando sempre l’oggetto scelto come campione. Bene se adesso chiudete prima un occhio e poi l’altro, vedete che l’oggetto sembra sposarsi a destra e sinistra rispetto al vostro dito.

Non c’e’ nulla di magico in questo, si tratta solo della sovrapposizione della vista dei vostri occhi che forma poi il campo visivo. Sfruttiamo questa caratteristica per calcolare geometricamente la distanza dell’oggetto. Se volete, siamo di fonte ad uno schema del genere:

Triangoli simili

Geometricamente, misurando un lato e gli angoli dei due triangoli simili, siamo in grado di ricavare l’altezza, dunque la distanza del corpo da noi.

Attenzione pero’, se provate a ripetere l’eperimento per oggetti sempre piu’ lontani, vi accorgete che la loro dimensione spaziale diventa sempre piu’ piccola. Questo e’ il problema nel cercare di misurare la distanza delle stelle. Si tratta di corpi molto grandi, ma posti ad una distanza tale da noi da impedirci di essere sensibili alla loro estensione spaziale. Prorpio per questo motivo, le stelle ci appaiono come punti luminosi in cielo.

Per farvi capire questo concetto, vi mostro un’immagine:

Come apparirebbe il Sole a diverse distanze

Il numero 1 indica l’estensione spaziale del Sole come lo vediamo dalla Terra. Nel punto 2, ecco come ci apparirebbe invece la nostra stella se la distanza con noi sarebbe pari a quella Giove-Terra. Ancora piu’ spinto e’ il caso dei disegni 3 e 4, in cui, in quest’ultimo, viene riportato come ci apparirebbe il Sole se questo fosse ad una distanza da noi pari a quella Terra-Proxima Centauri, cioe’ circa 4 anni luce.

Concentriamoci ancora un secondo su questo ultimo disegno. Il nostro Sole e’ una stella, cosi’ come ce ne sono tantissime nell’universo. Il fatto che il Sole ci appaia cosi’ grande mentre le stelle in cielo sono solo dei punti, e’ dunque solo legato alla distanza dal nostro pianeta.

Per corpi cosi’ distanti, non e’ piu’ sufficiente fare misure di parallasse con gli occhi, ma c’e’ bisogno di aumentare a dismisura la distanza tra le osservazioni. Prorpio per questo motivo, si sfrutta il movimento della Terra intorno al Sole, sfruttando quindi la nostra traiettoria come punti in cui estrapolare la parallasse:

Parallasse lungo l’orbita terrestre

Conoscendo l’asse dell’orbita terrestre, e’ dunque possibile ricavare l’altezza del triangolo, quindi la distanza della stella dalla Terra.

Ovviamente, per costruzione, questo metodo e’ applicabile solo fino ad una certa distanza, in genere fissata a 300 anni luce da noi. Oltre questo limite, i lati del triangolo di parallasse non sono piu’ distinguibili e non si riesce ad estrapolare il dato sulla distanza.

Dunque? Come misurare distanze maggiori?

Ora, arriviamo al gia’ citato “Spostamento verso il Rosso”. Per capire di cosa si tratta, facciamo un esempio semplice. Tutti avranno ascoltato una sirena che si dirige verso di noi. Bene, la frequenza percepita dal nostro orecchio, risulta diversa se l’oggetto si sta avvicinando o allontanando. Perche’ avviene questo? Semplicemente, come mostrato da questa figura:

Fronti d’onda di un corpo in movimento

Nei due versi, il numero di fronti d’onda sonori che ascoltiamo dipende dalla velocita’ della sorgente. Anche se sembra difficile, questo effetto e’ facilmente comprensibile. Proviamo con un altro esempio. Immaginate di essere sulla spiaggia e di contare il numero di creste di onda che arrivano sulla battigia in una unita’ di tempo. Questo parametro e’ molto piu’ simile di quello che immaginate al discorso del suono percepito. Ora, se entrate in acqua e andate incontro alle onde, sicuramente conterete piu’ creste d’onda rispetto al caso precedente. Situazione opposta si ha se vi allontanate. Bene questo e’ quello che si chiama Effetto Doppler.

Lo spostamente veso il rosso e’ una diretta conseguenza dell’effetto Doppler, ma non si parla di onde sonore, bensi’ di onde elettromagnetiche. Equivalentemente al caso della sirena, lo spettro luminoso di un corpo puo’ risultare spostato rispetto al normale se il corpo in questione si avvicina o si allontana. Si parla di redshift perche’ per un oggetto che si allontana da noi, il suo spettro sara’ piu’ spostato verso le basse frequenze.

Immaginate di avere una stella di un certo tipo di fronte a voi. Ora, se la stella si allontana, siamo in grado di misurare il suo spostamento verso il rosso, proprio partendo dallo spettro di altri corpi della stessa famiglia ma a distanza minore. Da questa misura potete dunque ottenere informazioni sulla velocita’ relativa con cui voi e la stella vi state allontanando. Questo importante risultato e’ noto come Legge di Hubble. Questa equazione lega proprio, attraverso una costante detta appunto di Hubble, lo spostamento verso il rosso della sorgente e la sua velocita’. Sempre attraverso la legge di Hubble, siamo poi in grado di ricavare la distanza della sorgente e dunque di estrapolare la distanza della stella dall’osservatore.

Notiamo prima di tutto una cosa, anche questo metodo ha un limite inferiore oltre il quale la distanza diviene  non misurabile, anche se in questo caso il limite e’ molto piu’ grande di quello ottenuto dalla parallasse.

Ritornando alla domanda iniziale, il metodo della parallasse ci consente di misurare distanze fino a qualche centinaio di anno luce da noi. Per distanze maggiori, ci viene in aiuto la legge di Hubble, attraverso la quale possiamo misurare non solo la distanza di un corpo lontano, ma anche la sua velocita’ di allontanamento da noi.

Inoltre, questa legge rappresenta un altro importante risultato a sostegno dell’ipotesi del Big Bang. Come visto in questo articolo:

– E parliamo di questo Big Bang

il nostro universo e’ ancora in espansione e questo puo’ essere evidenziato molto bene dai risultati ottenuti mediante la legge di Hubble.

Concludendo, la misura delle distanze a cui si trovano le stelle rappresenta sicuramente un qualcosa di fondamentale negli studi del nostro universo. A tal proposito, abbiamo a disposizione diversi metodi e due di questi, parallasse e redshift, ci consentono, con limiti diversi, di poter estrapolare in modo indiretto questi valori. Oltre ad una mappa dei corpi a noi vicini, la legge di Hubble rappresenta un importante prova a sostegno dell’ipotesi del Big Bang. Ad oggi, il nostro universo e’ ancora in espansione e per questo motivo vediamo gli spettri spostati verso il rosso.

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Le esperienze di pre-morte

Su suggerimento di un nostro lettore, vorrei parlarvi in questo articolo delle cosiddette esperienze di “pre-morte”. Con questo termine si intendono quelle esperienze vissute da persone che, a causa di eventi traumatici o malattie terminali, hanno sperimentato la soglia della morte potendo poi tornare indietro. Questo genere di esperienze vengono anche chiamate NDE, dall’inglese “Near Death Experiences”.

Premettiamo subito che in questo caso ci stiamo avventurando in un terreno molto complesso. Come vedremo infatti, secondo molti questo genere di esperienze non sono altro che la conferma dell’esistenza del paradiso o comunque di una vita dopo la morte. Indipendentemente da quello che ognuno di noi pensa, vogliamo concentrarci solo ed esclusivamente su queste esperienze appunto per cercare di capire se e come le NDE possano avere una spiegazione scientifica.

Leggendo diversi casi di NDE, ci si accorge che molto spesso questi racconti hanno diversi punti in comune. Molti soggetti parlano di un lungo tunnel scuro con una forte luce in fondo. Spesso si sente invece di una bellissima sensazione di pace e di un’astrazione fuori dallo spazio e dal tempo. Alcuni parlano anche della visione di un essere di luce che molti identificano in Dio. In moltissimi casi poi, le persone che raccontano di esperienze di premorte parlano di incontri con altri esseri e spesso parlano di persone care gia’ decedute e che li avrebbero tranquillizzati e accompagnati in questa loro esperienza.

In caso di NDE succeduta ad un evento traumatico, molti soggetti dicono di “aver rivisto tutta la loro vita scorrere davanti come in un film”. In realta’, nelle dichiarazioni rilasciate non si parla mai di “tutta la vita”, ma di episodi particolarmente significativi e che sono riaffiorati dai ricordi. In alcuni casi, alcuni soggetti parlano di ricordi completamente dimenticati e che vengono rivissuti in quei momenti.

Analogamente a questi punti in comune, molto spesso alcuni parlano di esperienze extra corporee. In diversi racconti, soprattutto a seguito di eventi traumatici come incidenti stradali o complesse operazioni, molti dicono di aver visto quello che succedeva al di fuori del proprio corpo e di aver osservato tutta la scena come dei semplici spettatori di se stessi.

Chi sono questi soggetti che hanno vissuto esperienze di pre-morte? In realta’ esistono diverse categorie tra cui la principale, come detto sopra, e’ quella delle persone che sono arrivate ad un passo dalla morte. Encefalogramma piatto, respirazione assente o arresto cardiocircolatorio sono alcune delle cause che determinano questo stato di pre-morte. Oltre a questi, vi sono innumerevoli altri casi come il risveglio dal coma, le fasi terminali di malattie degenerative o anche le lunghe anestesie per operazioni complesse.

La letteratura sulle esperienze di pre-morte e’ estremamente vasta. Vi sono moltissimi casi documentati e, come detto, molti contraddistinti da punti in comune. Esiste anche un categoria di casi celebri. Lo psichiatra Jung ha parlato della sua esperienza a causa di un coma successivo ad un incidente ma anche Hugo, Tolstoj e Hemingway riportano nelle loro biografie casi di questo tipo.

Proprio la vasta letteratura e i numerosi punti in comune ci ricordano immediatamente un altro fenomeno simile che abbiamo visto in questo post:

– Abduction e falsi ricordi

Le abduction, cioe’ i rapimenti da parte di alieni, che tante persone dicono di aver subito, presentano tratti molto simili ai casi di premorte. Come visto, in questo caso si parla di falsi ricordi condizionati dai numerosi racconti letti o ascoltati e che, come dimostrato dal punto di vista medico, possono creare dei ricordi del tutto simili a quelli reali della persona.

Probabilmente, ovviamente senza puntare il dito contro nessuno, ma solo ragionando su quanto riportato, alcuni casi di esperienza di pre-morte potrebbero essere ricondotti ai falsi ricordi cosi’ come avviene per i rapimenti alieni. In tal senso, forse spinti dai tanti racconti che tutti i giorni si sentono, alcuni potrebbero aver subito questo processo di creazione di un ricordo che in realta’ non e’ relativo ad un esperienza veramente vissuta.

Nonstante questo pero’, esiste anche una spiegazione scientifica sui casi di pre-morte.

Andiamo con ordine e cerchiamo di analizzare i tanti punti in comune relativi alle esperienze raccontate dai protagonisti.

Ovviamente, dobbiamo contestualizzare queste esperienze nel momento particolare in cui vengono vissute. Come detto, stiamo parlando di momenti relativi ad uno stato molto vicino all morte. Questo particolare non deve essere dimenticato. Con questo intendiamo che le persone che vivono queste esperienze sono molto spesso gravemente malate o in un momento estremamente traumatico.

La sensazione di essere morti, ad esempio, e’ stato dimostrato essere indotta da una stimolazione anomala della corteccia prefrontale e parietale del nostro cervello. In particolare, la corteccia parietale determina il nostro stato di attenzione, mentre quella prefrontale puo’ provocare allucinazioni. Quest’ultima ha un ruolo determinante, per esempio, in particolati malattie come la schizofrenia. La stimolazione anomala di queste due regioni del cervello puo’ provocare la sensazione di essere morti.

La sensazione di osservare il proprio corpo dall’esterno, che come visto e’ comune in molte esperienze di pre-morte, puo’ essere invece ricondotta alla paralisi del sonno, cioe’ a quella sensazione che molte persone provano prima di addormentarsi o nei momenti che precedono il risveglio. In questo caso, quella che viene coinvolta e’ giunzione temporo-parietale destra del cervello responsabile della confusione sensoriale con cui si percepisce il proprio corpo.

Un punto molto delicato e su cui spesso si dibatte mettendo appunto in relazione queste esperienze con l’esistenza del paradiso e’ invece l’incontro con i cari defunti. In questo caso, la spiegazione scientifica e’ da ricercarsi nella dopamina, un neurotrasmettitore in grado di provocare allucinazioni. La dopamina presenta valori anomali, ad esempio, nei malati di Parkinson. Ricordiamoci sempre che esperienze di questo tipo intervengono dopo eventi traumatici in cui il nostro corpo non presenta uno stato normale di funzionamento ed in cui i neurotrasmettitori in circolo possono presentare concentrazioni anomale.

Sempre sulla stessa linea, abbiamo visto come molti parlano di episodi cruciali della propria vita rivisti in un attimo. Anche in questo caso, la causa e’ da ricercarsi a livello cerebrale ed in particolare nel locus ceruleus, la regione atta alla produzione di noradrenalina. I valori di questo ormone aumentano notevolmente in presenza di traumi e il locus ceruleus e’ strettamente connesso con l’amigdala e l’ipotalamo, regolatori rispettivamente delle emozioni e della memoria.

In ultimo, la sensazione principale che quasi tutti i soggetti riportano e’ quella di percorrere un lungo tunnel con una luce alla fine. Anche in questo caso, dobbiamo pensare che stiamo parlando di soggetti che hanno subito forti traumi. Quando gli occhi ricevono una quantita’ troppo bassa di sangue e ossigeno, a causa ad esempio di coma o arresto cardiocircolatorio, il campo visivo si stringe notevolmente dando appunto la sensazione di osservare un tunnel buio. La luce conclusiva di cui si parla non e’ altro che la parte rimasta attiva del campo visivo che dunque spicca notevolmente rispetto alle altre regioni buie.

Concludendo, come nel caso dei rapimenti alieni, non vogliamo assolutamente denigrare o mettere in ridicolo coloro che riportano queste esperienze. Come visto in questo articolo pero’, e come riportato in diversi articoli apparsi su riviste scientifiche, molti degli aspetti riportati nei casi di pre-morte possono essere ricondotti a malfunzionamenti del nostro organismo, del tutto comprensibili in uno stato post traumatico. Personalmente, non voglio discutere in questa sede l’esistenza o meno di una vita dopo la morte o del paradiso. Semplicemente, non trovo corretto mettere in relazione questi aspetti con le esperienze di pre-morte o, peggio ancora, utilizzare queste ultime come dimostrazioni inconfutabili di una divinita’ o di un’esistenza post terrena. Teniamo le due cose scorrelate tra loro. Ad oggi, molti passi avanti sono stati fatti nella comprensione del nostro cervello, ma, come sappiamo bene, questo organo ancora oggi presenta moltissimi lati ancora da scoprire e ci vorrano ancora molti anni prima che il suo funzionamento sia del tutto compreso.

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Avvistamenti UFO?

Negli ultimi tempi, ho ricevuto diversi messaggi di persone interessate a capire meglio i tanti avvistamenti UFO che ogni giorno ci vengono proposti. Come detto in altre occasioni, molte delle foto e dei video che appaiono in rete, in realta’ sono da considerarsi del tutto false e create “a mano” con programmi di grafica.

Esclusa questa categoria, ci sono invece tutta una serie di documenti, girati in buona fede, in cui appaiono oggetti strani che  possono far pensare a dischi volanti o comunque a qualcosa che non riusciamo facilmente ad identificare.

In un post precedente:

– Lens Flare e avvistamenti UFO

abbiamo visto, ad esempio, il fenomeno dei “Lens Flare”, dovuti a difetti di elaborazione delle immagini. Come visto, questo effetto puo’ dar luogo a presunti avvistamenti UFO.

Rimanendo in tema, vorrei ora parlare di ORBS, BLURFO e RODS, nomi alquanto misteriosi che, come vedremo, rappresentano altre possibili cause di “avvistamenti UFO”.

Cominciamo dagli ORBS.

Con questo termine si intende l’effetto prodotto da oggetti fuori fuoco che possono apparire in foto scattate particolarmente con macchine compatte. In genere, questi oggetti compaiono come circolari a causa della riflessione della luce nel sistema delle lenti delle fotocamere.

Il fenomeno degli ORBS si manifesta particolarmente quando le foto vengono scattate all’interno di ambienti bui e con l’utilizzo del flash. In questo caso, gli ORBS possono essere provocati anche dal pulviscolo presente nell’aria e che riflette in modo anomalo la luce prodotta dal flash della camera.

Per capire meglio, vi mostro subito una foto che vale piu’ di mille spiegazioni:

Una foto contenente ORBS

Come si vede, il pulviscolo presente nell’ambiente buio riflette la luce provocando queste forme circolari nell’immagine. Forme ovviamente assenti quando si vede la stessa scena ad occhio nudo.

Meccanismo di formazione degli ORB. Fonte: Ceifan

Gli ORBS possono provocare falsi avvistamenti quando si scattano foto verso il cielo notturno. In rete si trovano anche molte teorie fantasiose sull’origine degli ORBS, in particolare c’e’ anche chi parla di “spiriti” che si manifestano negli ambienti chiusi. Inutile dire che teorie del genere lasciano il tempo che trovano. Nell’immagine a fianco, vedete anche uno schema di riflessione della luce che spiega come si genera il fenomeno degli ORBS. Ovviamente, in un ambiente piu’ luminoso la riflessione della luce da parte del pulviscolo diviene molto meno intensa per cui difficilmente potrebbe risultare in un fenomeno tanto visibile come quello visto nella foto precedente.

Passiamo ora ai BLURFO, possibile causa di molti avvistamenti UFO.

Molte persone, parlando dei loro avvistamenti, dicono di non aver notato niente fintanto che non hanno scaricato le foto sul loro PC. In alcuni casi, si osservano strane macchie scure che passano ad una valocita’ molto sostenuta all’interno del campo visivo. Questi sono i cosiddetti BLURFO, dovuti, molto spesso, al passaggio di uccelli durante la ripresa di un video.

Cerchiamo di capire meglio.

Supponiamo di riprendere un video mettendo a fuoco un oggetto lontano. In questo caso, vi sara’ una zona prossima alla nostra videocamera fuori dalla messa a fuoco e che possiamo definire “BLURFO zone”. Bene, un qualsiasi oggetto che passa in questa area, non verra’ messo a fuoco e apparira’ come una forma del tutto indefinita e scura.

Questa immagine puo’ aiutare a capire meglio:

Spiegazione del fenomeno dei BLURFO. Fonte: Ceifan

Nello schema viene fatto l’esempio di un uccello che passa nella BLURFO zone. Avendo impostato la messa a fuoco molto lontana, in base alla distanza a cui passerra’ l’uccello, questo potra’ risultare piu’ o meno sfocato formando un’immagine allungata e a volte frastagliata a causa del movimento delle ali. Al contrario, in presenza di un insetto, dunque piu’ veloce e con dimensioni minori, l’effetto potra’ risultare in una sorta di disco schiacciato e molto veloce nel video finale.

Inutile dire che molti video di avvistamenti che trovate in rete, sono proprio causati dal fenomeno dei BLURFO. Vi riporto anche un’immagine scattata con un panorama costiero, in cui si vede un uccello passare producendo una strana ombra:

Esempio di foto con BLURFO da uccello

Capite subito che, al contrario dei Lens Flare e degli ORBS, i BLURFO possono presentarsi anche in foto e video scattati in pieno giorno e con i panorami piu’ diversi. Proprio per questo motivo, molti video possono facilmente essere ricondotti e spiegati attraverso queste considerazioni.

Concludiamo dunque con i RODS.

Anche in questo caso, ci si riferisce ad un fenomeno molto spesso provocato da insetti ripresi con fotocamere e proprio per questo motivo alcuni tendono a confondere i RODS con i BLURFO. Tecnicamente, i due fenomeni sono diversi.

I RODS sono semplicemente insetti che appaiono come una scia durante il tempo di posa della ripresa. Il motivo di questo e’ da ricercarsi nella discrepanza tra il numero di fotogrammi con cui viene fatta la ripresa e, ad esempio, la velocita’ o la frequenza del battito di ali di alcuni insetti. Detto in altri termini, se un insetto sbatte le ali piu’ velocemente della frequenza di fotogrammi che utilizzate, questo puo’ risultare in una scia nera sulla ripresa o in una serie di chiaro-scuri sovrapposti dovuti al battito di ali.

Anche per i RODS vi riporto un’immagine che a suo tempo fece molto discutere. Si tratta di una ripresa di Baghdad al buio durante la Guerra del Golfo:

Esempio di foto con RODS provocati da insetto

come vedete, la lunga scia che compare nella foto, e che secondo alcuni rappresenterebbe un missile o anche un disco volante intento a seguire le fasi dell’attacco, altro non e’ che un insetto che molto velocemente passa nel campo di ripresa della camera. In questo caso particolare, si nota anche l’effetto ondulato dovuto al battito di ali.

Concludendo, non vogliamo assolutamente partire dal presupposto che un qualsiasi avvistamento UFO sia un falso o una montatura mediatica. Gli esempi riportati pero’, ci aiutano a comprendere meglio alcuni fenomeni particolari che possono avvenire nel momento in cui scattiamo una foto o giriamo un video e che molto spesso possono farci pensare ad un avvistamento UFO. La conoscenza di queste problematiche, puo’ solamente aiutarci ad eliminare molti presunti avvistamenti e magari ragionare insieme su documenti inspiegabili o su cui e’ necessario ragionare meglio.

 

 

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