Gli astronomi hanno imparato molto sull’universo, ma come studiano gli oggetti astronomici che sono troppo distanti per essere visitati?

NASA Veicolo spaziale OSIRIS-REx La navicella spaziale ha volato vicino alla Terra il 24 settembre 2023 e ha lasciato cadere il campione di polvere e ghiaia raccolto dalla superficie dell’asteroide vicino alla Terra Bennu.

L’analisi di questo campione aiuterà gli scienziati a capire come si è formato il sistema solare e da quale tipo di materiale. Gli scienziati inizieranno le loro analisi tra Stessa struttura Che ha analizzato le rocce e la polvere dello sbarco sulla Luna del programma Apollo.

Come astronomo Mentre studiavo come si formano i pianeti attorno a stelle lontane, mi sono emozionato guardando la trasmissione di un campione di Bennu che scendeva nel deserto dello Utah – e un po’ invidioso. Quelli di noi che studiano sistemi solari giovani e distanti non possono inviare veicoli spaziali robotici per osservarli più da vicino, per non parlare di prelevare un campione per l’analisi di laboratorio. Ci basiamo invece su osservazioni remote.

Ma ciò che gli astronomi possono misurare con i telescopi non è ciò che vogliamo veramente sapere: calcoliamo invece le proprietà che ci interessano studiare osservando e interpretando proprietà viste da lontano.

Strumenti degli astronomi

Gli asteroidi sono come fossili, composti da materiale roccioso originato dalla formazione e dalla prima evoluzione del sistema solare, e conservato pressoché inalterato. È così che i campioni originali di Bennu aiuteranno gli astronomi a conoscere la composizione del nostro sistema solare.

Negli ultimi decenni, gli astronomi lo hanno imparato Compresse di gas e polvere I dischi protoplanetari che orbitano attorno a giovani stelle sono chiamati dischi protoplanetari. Osservare questi dischi, situati a molti anni luce al di fuori del nostro sistema solare, può aiutare gli astronomi a comprendere il processo di formazione iniziale dei pianeti, ma sono troppo lontani perché una missione di ritorno di campioni come OSIRIS-REx possa misurare direttamente ciò che sta accadendo. Polvere e asteroidi in questi sistemi fatto di.

Tutto ciò che gli astronomi come me possono fare è osservare queste lontane regioni dell’universo da lontano, utilizzando i telescopi qui sulla Terra o in orbita vicino alla Terra. Ma anche con strumenti e tecniche limitati, possiamo ancora imparare molto al riguardo.

Distanza e luminosità

IL I sistemi protoplanetari più vicini Dista poche centinaia di anni luce dal Sole, ma non possiamo misurare direttamente grandi distanze. Dobbiamo invece determinare la distanza indirettamente utilizzando la precisione Misure di parallasse Piccoli cambiamenti nella posizione apparente di una stella derivanti dal cambiamento della nostra prospettiva mentre la Terra orbita attorno al Sole.

Una volta conosciuta la loro distanza dalla Terra, possiamo determinare un’altra proprietà fisica fondamentale dei dischi protoplanetari: la loro luminosità e la luminosità delle loro stelle.

Scintillio È la produzione di energia del corpo misurata in watt. La luminosità di una stella come il nostro sole esiste Centinaia di trilioni di trilioni di watt. Proprio come la luce solare influenza il clima e la chimica delle atmosfere planetarie nel nostro sistema solare, la luminosità di una giovane stella influenza direttamente il materiale del suo disco protoplanetario. La luminosità può modificare la dimensione e la composizione delle particelle di polvere che successivamente formeranno asteroidi e nuclei planetari.

Ma la luminosità non si riferisce direttamente alla luminosità. La luminosità misurata di una stella o di un altro oggetto luminoso diminuisce con il quadrato della sua distanza da noi. Misuriamo la luminosità apparente di una stella, o quanto è luminosa in un’immagine digitale, e poi… Calcola la sua luminosità Da ciò si osservò la luminosità e la distanza della stella.

Colore e temperatura

La luminosità dipende anche dalla temperatura – gli oggetti più caldi sono solitamente più luminosi – ma non possiamo misurare direttamente la temperatura di sistemi distanti. Scienziati di astronomia Determinare la temperatura Utilizzando misurazioni precise del colore apparente della stella e del gas e della polvere che orbitano nel suo disco di formazione planetaria.

Le immagini a colori degli oggetti celesti che vedi da osservatori come i telescopi spaziali Hubble o James Webb sono Combinazioni di più immagini Scattata attraverso una serie di filtri colorati.

Per gli astronomi, i colori sono numeri che descrivono la luminosità di un oggetto ad una lunghezza d’onda rispetto alla sua luminosità ad un’altra lunghezza d’onda. Gli oggetti più caldi emettono più luce blu che luce rossa, quindi il loro colore appare più blu e il numero corrispondente è più piccolo. Gli astronomi misurano il colore in modo più dettagliato facendo passare la luce stellare attraverso un piccolo prisma montato nella fotocamera del telescopio. Questo prisma disperde la luce in uno spettro.

Lo spettro della luce proveniente da una stella e dal materiale circostante non è un uniforme arcobaleno di colori. Le caratteristiche chiare e scure negli spettri indicano la presenza e la relativa abbondanza di atomi, molecole e persino metalli. Questi elementi chimici emettono o assorbono la luce in modo unico e riconoscibile Combinazioni di colori.

Misurazione e interpretazione

Riesci a vedere un tema emergente? Gli astronomi possono misurare solo alcune proprietà apparenti: luminosità, colore, posizione nel cielo, forma, dimensione angolare e come ciascuna di queste cambia nel tempo. Sono le stesse caratteristiche che ognuno di noi misura con i propri sensi per orientarsi nell’ambiente circostante nella vita di tutti i giorni. Non sono niente di strano o speciale.

Tuttavia, tutto ciò che gli astronomi sanno sui sistemi solari distanti e sulla loro composizione è stato derivato dalle misurazioni di questi fenomeni familiari e non osservati. Le descrizioni ricche e dettagliate che ci aspettiamo in astronomia e astrofisica derivano dall’applicazione della nostra comprensione della chimica e della fisica a queste misurazioni.

L’arrivo dell’esemplare di Bennu è emozionante perché “reale”. Nei prossimi mesi e anni, gli scienziati esamineranno questa polvere per guidare i nostri studi non solo sugli asteroidi e sulla polvere interplanetaria, ma anche sulla polvere interstellare nei sistemi solari distanti. Sono entusiasta di vedere cosa ci insegneranno questi nuovi dettagli sulla polvere cosmica, uno degli elementi costitutivi dei pianeti di tutto il mondo.