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La curiosità del mese

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Il più antico telescopio del mondo

La curiosità del mese di febbraio 2012 a cura di Gabriele Ghisellini


Fig. 1 - Immagine del nostro occhio. Quando fa buio, la pupilla del nostro occhio di dilata fino a 7 millimetri. Questo e’ il diametro del nostro telescopio portatile.
Fig. 1 - Immagine del nostro occhio. Quando fa buio, la pupilla del nostro occhio di dilata fino a 7 millimetri. Questo è il diametro del nostro telescopio portatile.

Non ci pensiamo mai, ma dovunque andiamo ci portiamo appresso un piccolo telescopio.
è il nostro occhio. L’unico strumento per guardare il cielo che l’uomo ha avuto per milioni di anni, fino all’inizio del 1600, quando Galileo Galilei alzò il suo cannone-occhiale (da cui cannocchiale) verso la Luna.

Fig. 2 - Due cannocchiali di Galileo. La lente principale aveva un diametro compreso tra 26 e 37 millimetri.
Fig. 2 - Due cannocchiali di Galileo. La lente principale aveva un diametro compreso tra 26 e 37 millimetri.

L’astronomia è nata grazie all’occhio: con la sua lente di circa 7 millimetri di diametro e la sua focale di circa 15 millimetri riusciamo a vedere qualche dettaglio della Luna, la Galassia di Andromeda, e le sette sorelle delle Pleiadi.
L’influenza dell’osservazione del cielo "ad occhio nudo" è stata enorme: pensiamo solo a quanto durano un anno (rivoluzione della Terra attorno al Sole), un mese (rivoluzione della Luna attorno alla Terra), una settimana.
Perchè i giorni della settimana sono 7?
Perchè 7 erano i corpi celesti, visibili ad occhio nudo, che si muovevano nel cielo: la Luna (lunedì), Marte (martedì), Mercurio (mercoledì), Giove (giovedì), Venere (venerdì), Saturno (sabato, e in inglese saturday) e il Sole (Sunday).
Quindi i fenomeni celesti visti dal nostro occhio hanno organizzato e scandito la nostra vita fin dall’inizio.
Ma quando è apparso l’occhio sulla scena evolutiva?
I primi organi sensibili alla luce sono apparsi 540 milioni di anni fa, durante "l’esplosione del Cambriano", chiamata così perchè in quel periodo apparvero in pochissimo tempo moltissime forme diverse per gli organi più disparati. È come se la natura avesse scatenato la sua fantasia per offrire moltissime soluzioni diverse per i bisogni degli organismi.

Fig. 3 - L’evoluzione dell’occhio: all’inizio era solo un gruppo di cellule della pelle sensibili alla luce. Esseri che avevano queste cellule in un affossamento erano avvantaggiati, perche’ acquistavano un po’ di sensibilita’ alla direzione di arrivo della luce. Con il tempo apparvero cavita’ piu’ profonde, con solo una piccola apertura in cima. Occhi di questo tipo esistono ancora oggi, e sono molto simili alle macchine fotografiche senza lenti, con solo un foro (stenopeico). Cellule trasparenti hanno poi chiuso la cavita’, in modo che si potesse riempire di un liquido, che poteva servire da lente per la messa a fuoco. Infine e’ comparsa una lente vera e propria, il cristallino.
Fig. 3 - L’evoluzione dell’occhio: all’inizio era solo un gruppo di cellule della pelle sensibili alla luce. Esseri che avevano queste cellule in un affossamento erano avvantaggiati, perchè acquistavano un po’ di sensibilità alla direzione di arrivo della luce. Con il tempo apparvero cavità più profonde, con solo una piccola apertura in cima. Occhi di questo tipo esistono ancora oggi, e sono molto simili alle macchine fotografiche senza lenti, con solo un foro (stenopeico). Cellule trasparenti hanno poi chiuso la cavità, in modo che si potesse riempire di un liquido, che poteva servire da lente per la messa a fuoco. Infine è comparsa una lente vera e propria, il cristallino.

La Fig. 2 fa vedere che all’inizio "l’occhio" non fu che qualche cellula sensibile alla luce, ma ben presto queste cellule fotosensibili si trovarono all’interno di cavità e questo rese possible una certa sensibilità alla direzione dei raggi luminosi.
Poi la cavitè si fece più profonda, assomigliando sempre più ad un bulbo con un buco frontale, analogo al foro stenopeico delle prime machine fotografiche senza lenti. Poi apparve la lente e fu possibile mettere a fuoco l’immagine.
Si potrebbe pensare che l’evoluzione necessaria per tutti questi cambiamenti abbia richiesto decine di milioni di anni, invece ne sono occorsi solo mezzo milione.

Fig. 4 - A sinistra l’occhio composto di una mosca, a destra l’occhio composto di una trilobite vissuta centinaia di milioni di anni fa. C’e’ una somiglianza straordinaria.
Fig. 4 - A sinistra in alto l’occhio composto di una mosca, a destra in alto l’occhio composto di una trilobite vissuta centinaia di milioni di anni fa. C’è una somiglianza straordinaria.

Evidentemente il vantaggio evolutivo di possedere questo organo di senso era così grande da imprimere un ritmo veloce all’evoluzione. E così, in poco tempo, furono trovate le soluzioni "ottimali".
Guardate la Fig. 3: fa vedere un occhio composto di una trilobite vissuta centinaia di milioni di anni fa con l’occhio composto di una mosca "moderna": sono praticamente identici.
Come mai il nostro occhio è sensibile proprio alla luce del Sole e non all’infrarosso o all’ultravioletto?
È una fortunata coincidenza? No è un effetto dell’evoluzione.
Gli animali con occhi sensibili alla luce solare, la più abbondante sulla Terra, hanno un evidente vantaggio sugli animali con occhi sensibili all’ultravioletto o all’infrarosso, ma insensibili alla luce solare. Per questo motivo vivono di più, e fanno più figli.

Fig. 5 - La luce solare e’ l’insieme di tanti colori, ognuno con la sua lunghezza d’onda. Questa composizione deriva dalla temperatura superficiale del Sole, che e’ circa 5700 gradi. Stelle piu’ fredde emetterebbero in infrarosso, stelle piu’ calde in ultravioletto. Il nostro occhio si e’ evoluto per essere un buon ricevitore della luce del Sole. Se la nostra stella fosse Antares (che e’ piu’ fredda), molto probabilmente il nostro occhio sarebbe sensibile all’infrarosso e non al visibile.
Fig. 5 - La luce solare è l’insieme di tanti colori, ognuno con la sua lunghezza d’onda. Questa composizione deriva dalla temperatura superficiale del Sole, che è circa 5700 gradi. Stelle più fredde emetterebbero in infrarosso, stelle più calde in ultravioletto. Il nostro occhio si è evoluto per essere un buon ricevitore della luce del Sole. Se la nostra stella fosse Antares (che è più fredda), molto probabilmente il nostro occhio sarebbe sensibile all’infrarosso e non al visibile.

Ma torniamo al nostro occhio-telescopio.
Che Universo appare al nostro occhio?
È un Universo di stelle, abbastanza tranquillo, poco variabile e poco violento, con una importante eccezione: le Supernovae, cioè le grandi stelle che esplodono, visibili anche ad occhio nudo.
Confrontiamo il nostro occhio con i cannocchiali più grandi di Galileo.
Avevano un’apertura di circa 37 mm. Quindi potevano raccogliere 28 volte più luce del nostro occhio (28 è il rapporto delle due aree, una di 37 e l’altra di 7 mm di diametro).
Con questo miglioramento rispetto all’occhio nudo Galileo potè scoprire i crateri lunari, le macchie solari, i satelliti di Giove e le fasi di Venere. Questo "piccolo" miglioramento è bastato a Galileo per fondare non solo l’ astronomia moderna, ma anche il metodo scientifico, pilastro della nostra civiltà.
Oggi, con telescopi del diametro di 10 metri, possimo raccogliere 2 milioni di volte più luce del nostro occhio. E non è l’unico vantaggio: il nostro occhio "scatta" immagini ogni decimo di secondo, e non è capace di sommare le istantanee che produce.
Gli strumenti moderni, invece, possono "scattare" fotografie (o immagini CCD) con tempi di posa molto lunghi, anche parecchie ore, e quindi rilevare dettagli anche molto deboli. Possiamo ricavare immagini splendide di Galassie lontane, di nebulose planetarie, di ammassi di Galassie. Anche questo è un Universo relativamente tranquillo, visto che la luce che riceviamo è principalmente prodotta da stelle.
Ma se crediamo che l’ Universo sia solo questo ci sbagliamo: ad esempio, se i nostri occhi potessero "vedere" i raggi X, scopriremmo un Universo ben più violento, popolato di buchi neri che divorano materia e di getti velocissimi di materia, che come giganteschi geyser vengono espulsi dale galassie.


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