La nascita dell’Universo rappresenta uno degli argomenti più affascinanti della storia della scienza e dell’astronomia. Secondo la teoria del Big Bang, l’Universo ebbe origine circa 13,8 miliardi di anni fa da uno stato estremamente caldo e denso che iniziò ad espandersi rapidamente dando vita allo spazio, al tempo, alla materia e all’energia. Attraverso lo studio del Big Bang, della formazione delle prime particelle, delle stelle e delle galassie, gli scienziati cercano di comprendere l’evoluzione dell’Universo e l’origine del Sistema Solare. Comprendere come si è formato l’Universo significa anche approfondire le leggi fondamentali della fisica, dell’astronomia e delle scienze naturali.
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13 miliardi e 720 milioni di anni fa
BIG BANG
Solo energia
Circa 13,8 miliardi di anni fa ebbe origine il fenomeno chiamato Big Bang, considerato l’inizio dell’Universo. In quel momento l’Universo si trovava in uno stato estremamente caldo e denso, concentrato in dimensioni infinitamente piccole rispetto a quelle attuali.
Nei primissimi istanti non esistevano ancora stelle, pianeti o atomi, ma una gigantesca concentrazione di energia e particelle elementari. Materia ed energia erano strettamente collegate e si trasformavano continuamente tra loro nelle condizioni estreme dell’Universo primordiale.
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La luce non poteva propagarsi
Per circa 380.000 anni dopo il Big Bang l’Universo continuò ad espandersi e a raffreddarsi. In queste condizioni estreme, parte dell’energia si trasformò progressivamente nelle prime particelle di materia.
La luce esisteva già, ma non poteva propagarsi liberamente nello spazio perché l’Universo era ancora estremamente caldo e denso. I fotoni venivano continuamente assorbiti e deviati dalle particelle presenti, rendendo l’Universo simile a una sorta di nebbia opaca.
Inflazione cosmica
Nei primissimi istanti avvenne inoltre una rapidissima espansione chiamata inflazione cosmica, durante la quale l’Universo aumentò enormemente le proprie dimensioni in un tempo infinitesimo.
Inflazione = aumento rapidissimo delle dimensioni
Subito dopo il Big Bang
Ecco, in sintesi, cosa avvenne nei tempi immediatamente successivi al Big Bang:
- nei primissimi istanti si definirono lo spazio, il tempo e le forze fondamentali dell’Universo, tra cui la gravità;
- dopo circa 1 secondo si formarono le prime particelle elementari stabili, come protoni, neutroni ed elettroni;
- dopo circa 3 minuti si formarono i nuclei degli elementi più leggeri: idrogeno, elio e piccole tracce di litio;
- dopo circa 380.000 anni si formarono i primi atomi e la luce poté propagarsi liberamente nello spazio.
Formazione delle stelle e dei pianeti
Circa 200 milioni di anni dopo il Big Bang, enormi nubi di gas e materia iniziarono a condensarsi per effetto della forza di gravità, dando origine alle prime stelle e alle prime galassie.
gas + materia → condensazione per gravità = stelle e galassie
Successivamente, attorno alle stelle più giovani, polveri e gas si aggregarono progressivamente attraverso il processo di accrescimento gravitazionale. Dall’unione di questi materiali si formarono i planetesimi e, in seguito, i pianeti del Sistema Solare e degli altri sistemi planetari.
Accrezione
Unione di corpuscoli di materia,
tenuti insieme dalla forza di gravità
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Formazione della Terra
La Terra si formò circa 4,5 miliardi di anni fa. Secondo le stime scientifiche più precise, la sua origine risale a un periodo compreso tra 4,54 e 4,57 miliardi di anni fa, quando l’Universo aveva già circa un terzo della sua età attuale.
La nebuolsa primordiale
La Terra si formò circa 4,54 miliardi di anni fa all’interno di una gigantesca nube di gas e polveri cosmiche, chiamata nebulosa solare o nebulosa primordiale, costituita anche da materiali prodotti dall’esplosione di antiche stelle, come le supernove.
Per effetto della forza di gravità, particelle di polvere, ghiaccio ed elementi metallici iniziarono progressivamente ad aggregarsi attraverso il processo di accrescimento gravitazionale.
Nel corso di milioni di anni questi materiali formarono corpi sempre più grandi, chiamati planetesimi, che, continuando a scontrarsi e a unirsi tra loro, diedero origine ai protopianeti e successivamente ai pianeti del Sistema Solare, tra cui la Terra.
Formazione della Vita
Le prime forme di vita comparvero sulla Terra probabilmente tra circa 4,0 e 3,5 miliardi di anni fa, quando il pianeta si era sufficientemente raffreddato da permettere la formazione di oceani di acqua liquida, condizione fondamentale per lo sviluppo dei primi organismi.
La fotosintesi clorofilliana
La comparsa dell’acqua liquida sulla Terra (circa 4,4 miliardi di anni fa) creò le condizioni favorevoli allo sviluppo della vita.
Successivamente, l’evoluzione dei primi organismi fotosintetici (circa 2,7 miliardi di anni fa) contribuì ad arricchire l’atmosfera di ossigeno, favorendo la comparsa di forme di vita sempre più complesse.
Sequenza cronologica semplificata
- Formazione della Terra → circa 4,54 miliardi di anni fa
- Comparsa dell’acqua liquida → circa 4,4 miliardi di anni fa
- Prime forme di vita → circa 3,8-3,5 miliardi di anni fa
- Prime forme di fotosintesi diffuse → circa 2,7 miliardi di anni fa
- Grande ossidazione dell’atmosfera → circa 2,4 miliardi di anni fa
Quindi l’acqua è una condizione fondamentale per la vita, mentre la fotosintesi è un processo evolutivo comparso successivamente che ha modificato profondamente l’ambiente terrestre.
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Che cos’è l’atmosfera terrestre?
L’atmosfera è l’involucro gassoso che avvolge la Terra e viene trattenuto dalla forza di gravità. È composta principalmente da azoto (78%), ossigeno (21%) e da piccole quantità di altri gas come argon, anidride carbonica e vapore acqueo.
Composizione completa dell’atmosfera
| Gas | Percentuale |
|---|---|
| Azoto (N₂) | 78,08% |
| Ossigeno (O₂) | 20,95% |
| Argon (Ar) | 0,93% |
| Anidride carbonica (CO₂) | 0,04% |
| Neon, elio, metano, kripton, idrogeno e altri gas | tracce |
Nota: il vapore acqueo non compare nel grafico perché la sua concentrazione varia molto da luogo a luogo e nel tempo, oscillando generalmente tra 0% e 4% dell’atmosfera. È però fondamentale per il clima, la formazione delle nuvole e delle precipitazioni.
Funzioni dell’atmosfera
Questo strato di gas svolge un ruolo fondamentale per la vita sul nostro pianeta: fornisce l’aria che respiriamo, protegge la superficie terrestre dalle radiazioni solari più dannose, contribuisce a mantenere una temperatura compatibile con la vita e rende possibili i fenomeni meteorologici come vento, nuvole e precipitazioni.
Senza l’atmosfera, la Terra sarebbe un ambiente inospitale, caratterizzato da forti escursioni termiche e privo delle condizioni necessarie allo sviluppo degli organismi viventi.
Etimologia: il termine atmosfera deriva dal greco atmós («vapore») e sphaîra («sfera»), e significa letteralmente “sfera di vapore” o “involucro gassoso che circonda un corpo celeste”.
Generazione dei composti organici nell’atmosfera primitiva
La teoria di Aleksandr Oparin e John Burdon Sanderson Haldane
Quando la Terra era nella prima fase della sua esistenza, c’erano potenti sorgenti di energia sotto forma di:
- Radiazioni ultraviolette del Sole
- Raggi cosmici
- Energia elettrica dei fulmini
- Radiazioni dalle rocce radioattive
- Calore dei vulcani
L’energia proveniente da queste sorgenti avrebbe scisso le molecole dei gas dell’atmosfera primitiva, ricomponendole poi in molecole di composti organici. Tali composti organici, trascinati dalle piogge, si sarebbero raccolti negli oceani e negli altri specchi d’acqua: era il cosiddetto “brodo primordiale”. E qui, in assenza di organismi viventi in grado di distruggerli e di ossigeno per ossidarli, si sarebbero gradualmente condensati e avrebbero formato i primi organismi molto semplici.
L’atmosfera primitiva
L’Atmosfera primitiva era una condensazione a bassa intensità di gas leggeri (idrogeno, elio e altri gas inerti) che era la stessa già presente nello spazio.
Questi gas erano condensati a bassa intensità e si disperdevano facilmente nello spazio.
La Terra in questa fase aveva un’altissima temperatura che rendeva impossibile la nascita della Vita.
Gli organismi primordiali
ETEROTROFI-ANAEROBI
Gli organismi primordiali comparsi sulla Terra sarebbero stati eterotrofi in quanto si nutrivano delle sostanze presenti nel mare e anaerobi in quanto non era presente ossigeno nell’atmosfera.
Nascita dell’Uomo
L’Uomo moderno, ovvero l’Homo Sapiens Sapiens, compare sulla Terra circa 200.000 anni fa a seguito di un processo evolutivo iniziato coi protoprimati, ramo dal quale discendono anche le scimmie antropomorfe.
- BIG BANG – Tredici miliardi e 720 milioni di anni fa
- FORMAZIONE DI SPAZIO, TEMPO E FORZA DI GRAVITA’ – Dopo 1/miliardesimo di secondo
- FORMAZIONE DI ELETTRONI, NEUTRONI E PROTONI – Dopo 1 secondo
- FORMAZIONE DI IDROGENO, ELIO E TRACCE DI LITIO – Dopo 3 minuti
- FORMAZIONE DELLE STELLE – Dopo 200 milioni di anni
- FORMAZIONE DEL SISTEMA SOLARE – 4,6 miliardi di anni fa
- FORMAZIONE DELLA TERRA – 4.540.000.000 e 4.567.000.000 di anni fa
- FORMAZIONE DELLA VITA SULLA TERRA – 4,4 miliardi e 2,7 miliardi di anni fa
- COMPARSA DELL’UOMO SULLA TERRA – 200.000 anni fa
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Foto in copertina: Brian Brondel
Autore dell’articolo: Pierpaolo Spanu
