Queste foto sono tutte "vere", nel senso che sono davvero foto di oggetti celesti che popolano l'universo. Sono galassie, nebulose, costellazioni, ammassi, ecc., chi più chi meno lontano dalla nostra Terra.

Ovviamente, quando dico lontano o vicino non mi esprimo in termini di chilometri: il cielo è così grande che i chilometri vanno bene a mala pena per misurare la distanza media fra Terra e Luna (384.400 chilometri) o Terra e Sole (149.668.465 chilometri). Per i corpi celesti esterni ci vuole un'altra unità di misura, ed è l'anno-luce. L’anno luce è una misura di distanza che si usa in astronomia. Essa corrisponde alla distanza che un oggetto percorrerebbe se viaggiasse a velocità uguale a quella della luce nel vuoto (circa 300 mila chilometri al secondo, esattamente sono 299.792) per 365 giorni, 5 ore, 48 minuti e 46 secondi. Perciò, un anno-luce equivale a una distanza di circa 9.460 miliardi di chilometri.

Un'implicazione interessante della velocità della luce è la seguente: se un oggetto è lontano da noi, poniamo, 1 anno luce, significa che la luce di quell'oggetto è partita 1 anno fa da esso per arrivare a noi adesso. Quindi, in realtà, noi stiamo osservando quell'oggetto non com'è in questo momento ma com'era un anno fa. Un esempio concreto: il Sole "dista" in media 8,5 minuti da noi, il che significa che quello che vediamo è il Sole di 8,5 minuti fa. La Luna è a 1,3 secondi, Plutone a 5,3 ore, ecc.

Ora, a parte i pianeti del nostro sistema solare, dove stanno gli altri oggetti celesti? Il più vicino di essi è una stella (come il Sole): Proxima Centauri, e si trova a 40.000 miliardi di chilometri di distanza. La luce emessa da Proxima Centauri impiega 4,28 anni a raggiungerci (vedi anno luce). Se si intraprendesse un viaggio verso di essa a bordo del TGV, il treno francese che corre a 515 chilometri all'ora, occorrerebbero quasi 9 milioni di anni per arrivarci.

Secondo le stime degli astronomi, si pensa che esistano almeno 70.000 miliardi di miliardi (in cifre: 7x1.022) di stelle nell'Universo conosciuto, vale a dire in quella parte di universo che possiamo vedere coi telescopi. Esse sono raggruppate in galassie, ognuna delle quali contiene centinaia di miliardi di stelle.
 

Le stelle hanno dimensioni che vanno da qualche decina di chilometri, fino a supergiganti come la Stella Polare e Betelgeuse, la quale ha un diametro 1.000 volte superiore a quello del Sole, vale a dire un miliardo e mezzo di chilometri.

Non si sa se l'Universo sia finito o infinito in dimensione e in volume, ma la maggior parte dei teorici preferisce un Universo finito.

Essi dicono che l'universo osservabile è sicuramente finito perché la velocità della luce è anch'essa finita. L'orizzonte cosmico (la linea, come quella sul mare, oltre la quale non è più possibile vedere) si trova a 13,7 miliardi di anni luce di distanza. La distanza effettiva di questo orizzonte è però più grande, perché mentre la luce arrivava fino a noi, questo bordo ha continuato ad espandersi. Si stima che oggi si trovi a circa 50 miliardi di anni luce (4,7×1023 di chilometri). Questo significa che il volume dell'universo osservabile è di 5×1032 anni luce cubici (assumendo che sia sferico).

La domanda principale è: ma com'è nato l'universo?

Il risultato più importante della cosmologia è che l'Universo è in espansione. Ciò lo si è capito dalle osservazioni, ed è stato quantificato da una legge detta Legge di Hubble che dice: tanto maggiore è la distanza di una galassia tanto maggiore sarà lo spostamento verso il rosso (redshift) della sua immagine. Estrapolando questa espansione all'indietro nel tempo, come se fosse un film visto al contrario, si incontra una singolarità gravitazionale, un concetto matematico piuttosto astratto che corrisponde a un oggetto reale di dimensione prossima a zero ma dotato di energia infinita. Questa estrapolazione diede vita alla teoria del Big Bang, il modello dominante della cosmologia moderna. Il tempo zero, che nella teoria segna letteralmente l'inizio del tempo come noi lo conosciamo, è stimato a 13,7 miliardi di anni fa, con un'incertezza di soli 200 milioni di anni.

Una "prova" fondamentale del Big Bang può essere che la velocità alla quale le galassie si allontanano è proporzionale alla loro distanza. Un'altra prova a sostegno della teoria è legata al residuo della radiazione che ebbe origine poco dopo il Big Bang. Questa radiazione di fondo è estremamente uniforme in tutte le direzioni, cosa che i cosmologi hanno cercato di spiegare con un periodo di espansione rapida (detta inflazione) che è immediatamente seguita al Big Bang.

Il modello del Big Bang prevede che, a seconda del valore della densità media di materia ed energia, l'Universo continuerà ad espandersi per sempre oppure sarà frenato dalla sua stessa gravitazione e alla fine collasserà su se stesso. Al momento le osservazioni suggeriscono che la densità di massa/energia è troppo piccola per causare un collasso, l'espansione dell'Universo sembra addirittura in accelerazione; se è così, questa accelerazione dovrebbe verosimilmente continuare in eterno.

La cosa non è affatto secondaria; anzi! Dal "peso" totale dell'universo dipende se esso è destinato a espandersi all'infinito raffreddandosi fino a morire per mancanza di energia, oppure a ritornare indietro e ri-condensarsi in un'altra singolarità pronta a "scoppiare" in un nuovo Big Bang.

Ci sono tre famiglie di teorie sul possibile destino finale del cosmo:

La Teoria dello stato stazionario fu sviluppata nel 1948 da Fred Hoyle e altri come alternativa alle teorie che assumono il Big Bang. In sostanza, essa dice che l'Universo è eterno e immutabile. La materia si crea continuamente allo scopo di mantenere costante la densità media dell'Universo: tale creazione avverrebbe nelle stelle nascenti.

Quella dell'Universo oscillante è una teoria simile al Big Bang, ma protratta all'infinito. Secondo questa, infatti, l'Universo si espanderà fino ad un certo punto, e poi si ritrarrà in uno stato simile a quello del Big Bang. Quindi ripeterebbe il processo per l'eternità.

La morte termica è uno dei possibili stati finali nel quale non c'è più energia per creare e sostenere lavoro o vita. In termini fisici, si dice che l'Universo raggiunge il massimo dell'entropia. Si ritiene che Hermann von Helmholtz sia stato il primo a proporre l'idea della morte termica nel 1854, prima che Clausius trovasse la definitiva formulazione del secondo principio della termodinamica in termini di entropia (1865).

La teoria del Big Rip, invece, segue direttamente da quella del Big Bang, ma invece di un'espansione che viene rallentata dalla gravità, prevede una continua accelerazione dell'espansione. Questo modello è stato sviluppato in seguito a recenti osservazioni (2002), che hanno appunto rivelato che l'espansione dell'Universo sta accelerando, cosa che ha lasciato sconcertati molti cosmologi. Gli autori di questa ipotesi hanno calcolato che il momento finale sarebbe circa 3,5×1010 anni dopo il Big Bang, il che equivale a 2,0×1010 (venti miliardi) di anni da adesso.

Infine, quella del Big Crunch è un'ipotesi che sostiene che l'Universo smetterà di espandersi ed inizierà a collassare su se stesso. È l'ipotesi esattamente simmetrica al Big Bang.

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