L’universo e la percezione delle distanze. Parte II — Una disputa all’ultima scoperta

Riepilogo della parte I. Nel corso della storia, l’universo ha cambiato misure, forma e natura; o più precisamente, ciò che è mutata è stata la sua percezione da parte dell’uomo. La Terra, però, forse a causa della cultura del primato, rimaneva fissa al suo centro.

Nuovi vicini di casa
A cavallo tra il XIX e il XX secolo, grazie alle nuove tecnologie nel settore dell’ottica, fu possibile osservare con maggior dettaglio le cosiddette nebulose “a spirale”. Questi oggetti, spesso raggruppati in piccoli gruppi, cominciavano ad incuriosire alcuni astronomi. Infatti, le loro caratteristiche strutture non trovavano eguali tra gli altri oggetti non stellari e non planetari.
Le nebulose, che appaiono al telescopio come dei bozzoli privi di contorni definiti, sono agglomerati di polveri e gas (Fig. 1); sono visibili da Terra poiché gli elementi di cui sono composti, scaldati dalle stelle circostanti, emettono luce oppure perché la riflettono. Ricoprono vaste aree di cielo, ampie persino diverse volte il diametro lunare, eppure non sono osservabili ad occhio nudo poiché sono oggetti diffusi dalle forme varie, spesso irregolari.
Nelle lastre fotografiche dell’epoca, invece, le nebulose a spirale mostravano alcune regolarità, come una tipica forma a disco e un nucleo a bulbo più luminoso. Le differenze morfologiche erano evidenti; tanto che già nel passato alcuni filosofi avevano speculato sulla natura di questi oggetti. Kant stesso parlava in tal proposito di “universi isola”, ovvero sosteneva che le nebulose a spirale fossero in realtà galassie separate e al di fuori della nostra. Una tesi bizzarra, soprattutto perché dilatava a dir poco le dimensioni dell’universo. Le prove a suo sostegno erano però assenti.
Nel 1885 fu osservata una nova nella Grande Nebulosa di Andromeda (M31), una tra le maggiori nebulose a spirale. Quello che apparve nell’alone della nebulosa fu un nuovo oggetto puntiforme, incredibilmente luminoso. Una stella “nova”, appunto. In realtà, quel bagliore — che quasi fu visibile ad occhio nudo — non era determinato dalla presenza di una stella. Bensì, dalla sua assenza.
Al termine della loro vita certe stelle esplodono violentemente, producendo queste occasionali apparizioni luminose che gli antichi interpretavano con la comparsa di una nuova stella. Dopo qualche settimana il fenomeno si esauriva, tradendo chi credeva di aver assistito alla nascita di una stella.
La nova osservata in M31 fu la prima di tante. Nel 1917, Heber Curtis (1872-1942) ne osservò un’altra nello stesso oggetto. Cercando nei registri fotografici scovò in M31 altre undici novae, la cui luminosità si aggirava attorno allo stesso valore. Un valore inferiore a quello che capitava di rilevare in fenomeni analoghi, ma in altre parti del cielo. Curtis ebbe un sospetto: se le stelle esplose non fossero appartenute alla Via Lattea — ma ad un’altra galassia — la bassa entità del fenomeno sarebbe spiegabile con la lontananza.
Curtis divenne un sostenitore della tesi di Kant, introducendo definitivamente questa visione del cosmo nel mondo scientifico. Riteneva che le nebulose a spirale fossero galassie tali e quali alla Via Lattea e non strutture gassose al suo interno; vedeva in tutte loro dei nuovi vicini di casa.

Il grande dibattito
Nel 1920 Harlow Shapley era un giovane astronomo ambizioso. Lavorava presso l’osservatorio astronomico di Mount Wilson — in California — dove da qualche anno era in funzione il telescopio Hooker (Fig. 2) da 2,5 metri di diametro. Questo strumento rimase il più grande del mondo fino al 1948, quando ne fu costruito uno di diametro doppio.
Negli anni precedenti, Shapley aveva pubblicato alcuni articoli che proponevano un nuovo modello della galassia, secondo il quale la stima del suo diametro era pari a circa 300.000 anni luce. Il Sole abbandonava la posizione centrale: era sito a circa 50.000 anni luce dal centro della Via Lattea. Nella sua visione, la galassia stessa coincideva con l’intero universo. Tutto cominciava e terminava all’interno della Via Lattea. Lo spazio, il tempo e tutte le ambizioni dell’uomo.
Concediamoci un capoverso per far chiarezza sui numeri che abbiamo citato. Avete capito bene: l’anno luce è un’unità di misura di lunghezza, per questo è impiegata dagli astronomi per indicare le distanze. Non dovete lasciarvi confondere dal nome ambiguo; infatti definiamo “anno luce” la distanza percorsa dalla luce nel vuoto nel corso di un anno. Con la teoria della relatività speciale, Albert Einstein stabilisce la massima velocità raggiungibile da un oggetto nell’universo: quella di una particella di luce — detta fotone — che rasenta i 300.000 km/s. Nient’altro al mondo può superare questo limite. Ne segue che un anno luce equivale a poco più di 9.000 miliardi di chilometri. Si tratta di un numero poco maneggevole; è per questo che gli astronomi hanno definito un’altra unità di misura, più adatta alle grandezze cosmiche.
Shapley aveva però un’opinione diversa da quella di Curtis riguardo alla natura delle nebulose a spirale. Riteneva che fossero oggetti gassosi analoghi ai molti altri presenti nella Via Lattea, siti quindi al suo interno e non galassie separate.
Sul solco di questa diatriba, i due astronomi si confrontarono il 26 aprile 1920 in occasione dell’incontro annuale della National Academy of Sciences. Shapley parlò per primo: il suo intervento fu di carattere divulgativo e con semplici argomentazioni catturò il consenso di opinioni dell’uditorio. Curtis espose la sua tesi subito dopo, ma l’approccio tecnico non ebbe il risultato sperato; focalizzò il discorso sulle distanze delle nebulose a spirale e presentò alcune tabelle comparative che mostravano le differenze con gli altri oggetti galattici. Questo confronto passò alla storia come “grande dibattito”.

Sommario della parte III. Entrambe le tesi erano plausibili: mancavano le prove sperimentali che corroborassero l’una e falsificassero l’altra. L’universo coincideva con la Via Lattea oppure era un posto più grande, pieno di galassie simili alla nostra? La soluzione a questo dibattito sarà merito di un terzo grande personaggio.

 

 

 

 

 

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