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L'Universo al computer

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L’evoluzione dell’Universo può essere simulata al computer, utilizzando supercalcolatori. Queste macchine sono in grado di eseguire miliardi di operazioni al secondo e di immagazzinare dati per milioni di miliardi di byte (quanti potrebbero contenerne migliaia di CD-ROM). L'enorme quantità di dati provenienti dalle osservazioni astronomiche può così essere analizzata per ricreare l'intera evoluzione dell'Universo, dal Big Bang a oggi.
Le innovazioni tecnologiche hanno contribuito a far progredire tali studi. I dati delle osservazioni astronomiche sono preziosi, perché relativi a una situazione irripetibile e passata. La luce viaggia infatti a velocità finita, circa 300.000 km/s, pertanto quando si osserva un corpo celeste lo si vede com'era al tempo in cui la luce partì da esso, un'epoca che è tanto più remota quanto più il corpo celeste è distante. Le simulazioni al computer permettono di collegare i dati astronomici relativi a epoche diverse per ricostruire l'evoluzione dell'Universo. L'evoluzione è simulata partendo dalle condizioni che si ipotizzano essere state quelle dell'Universo primordiale e applicando poi le leggi della fisica. Le assunzioni fatte e i parametri inseriti sono testati attraverso il confronto tra l'Universo simulato e quello reale derivante dalle osservazioni, ed eventualmente modificati. Considerando le enormi dimensioni spaziali coinvolte, per una completa interpretazione dei dati astronomici serve una potenza di calcolo in grado di svolgere algoritmi che tengano conto di tutte le interazioni e gli effetti riguardanti il processo.
Per simulare l'evoluzione dell'Universo si parte, come detto, dalle diverse condizioni iniziali, cioè dalle proprietà che si pensa caratterizzavano l'Universo subito dopo il Big Bang. Questo tipo di lavoro diventa efficace quando l'evoluzione virtuale dell'Universo si può confrontare con quella reale, cosa possibile soltanto se si dispone di telescopi in grado di studiare l'Universo di miliardi di anni fa, cioè di osservare corpi celesti di quell'epoca, molto poco luminosi. Per ricostruire la struttura dell'Universo di miliardi di anni fa bisogna conoscere come erano distribuite le galassie nello spazio. I telescopi più potenti permettono di risalire alla distanza delle galassie misurando lo spostamento verso lunghezze d'onda più grandi subìto da alcune componenti della radiazione emessa; maggiore è lo spostamento, più distanti e meno luminose sono le galassie, cioè sono relative a un Universo più antico. Combinando la distanza delle galassie con le due coordinate di posizione in cielo si ottiene una mappa tridimensionale della loro distribuzione spaziale.
Anche le immagini provenienti dai telescopi, per esempio dal telescopio spaziale Hubble, sono ricostruzioni attraverso complessi algoritmi dei bit in arrivo, ossia sostanzialmente di stringhe di zeri e uno combinati tra loro. Soltanto una parte della grande mole di dati che arrivano contiene le ‘esposizioni’, che una volta elaborate diventeranno immagini. Queste, inizialmente in bianco e nero, sono poi artificialmente colorate a seconda degli elementi chimici rivelati dagli spettrometri dei telescopi. Le immagini in bianco e nero sono la materia prima su cui lavorare: da queste si formano in genere tre immagini con i colori base (rosso, verde, blu), che sono poi combinate per ottenere le sfumature intermedie. Questa elaborazione è abbastanza lunga, tanto da richiedere anche qualche mese di tempo. Con la colorazione, si scoprono particolari che non si notano nelle immagini originali. Per questo tipo di lavoro non sono necessari superprocessori, ma sono sufficienti computer e software commerciali.

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