1. Introduzione

In questo approfondimento cercheremo di evidenziare i diversi ruoli che il colore assume all’interno della spettroscopia. Il colore di una stella è indice della sua temperatura, ma anche strumento per la determinazione della composizione chimica di corpi a migliaia di anni luce. Parleremo delle recenti tecnologie, i CCD, che ci consentono un maggiore utilizzo del potenziale cromatico nello studio dei corpi celesti e dell’uso di tinte sovrassature all’interno della fotografia astronomica.










Nebulosa Anima, IC1848

2. La funzione del colore nella radio-astronomia.

Uno dei fondamentali indicatori della natura di una stella è il colore. Esso dipende dalla temperatura della sua superficie; a temperature più elevate corrispondono lunghezze d’onda minori. Le stelle meno calde irraggiano principalmente luce rossa, e per temperature crescenti i colori sono arancione, giallo bianco e azzurro. Gli astronomi non misurano però il colore di una stella in una singola lunghezza d’onda, ma di almeno due. Confrontano le due lunghezze per determinarne poi la temperatura. Il primo sistema standard di misurazione di colore risale all’ultimo decennio dell’Ottocento, grazie ad Edward Pickering: esso si fondava su misurazioni eseguite nella luce blu e in quella gialla. Verso il 1950 si impose il sistema UBV: questo sistema funziona in base a misurazioni su tre lunghezze d’onda; l’ultravioletto a 360 nm, il blu a 420 nm e la luce visibile a 540 nm. Il numero di informazioni raccolte è maggiore grazie ad un confronto più meticoloso.
Il colore ci consente di conoscere delle composizioni chimiche persino di alcuni gas o polveri fluttuanti a migliaia di anni luce e di determinare la temperatura dei corpi. Gli atomi di ogni tipo di elemento producono delle righe caratteristiche nello spettro. Potremmo dunque distinguere due funzioni del colore: da un lato esso è un’informazione a noi “invisibile” che ci rivela la natura di un corpo reale, ma lontanissimo, dall’altro esso è un mezzo “visibile” che interpreta ed evidenzia con contrasti netti e saturazione accentuata. Quest’ultima operazione consente di far risaltare da un cielo buio degli oggetti di luce, disegnati da colori accesi nei più piccoli dettagli.

3. I CCD. Nuove protesi visive.

Il CCD, dispositivo ad accoppiamento di carica (Charge Coupled Device), è un rilevatore elettronico sensibile alla radiazione elettromagnetica, compresa la luce sensibile, ma anche all’infrarosso, all’ultravioletto e alla parte dello spettro dei raggi X a bassa energia. I CCD sono più piccoli delle lastre fotografiche, ma sono molto più efficienti, per velocità e per quantità di informazioni. Un CCD consta di una disposizione piana di pixel su un wafer sottile di un semiconduttore come il silicio. Ciascuno degli elementi reagisce ai fotoni che cadono su di esso producendo un accumulo di elettroni proporzionale alla quantità di radiazione ricevuta. La carica accumulata viene letta elettronicamente e convertita in forma digitale per poter essere analizzata al computer. I dati digitali possono essere utilizzati per produrre immagini nella forma di fotografie. I CCD furono inventati nei Bell Laboratories, negli Stati Uniti, nel 1970.

Nebulosa Velo, NGc6992

4. La via della spettroscopia.

La spettroscopia è lo studio della natura delle stelle e di altri oggetti attraverso l’analisi della luce o di altra radiazione da essi prodotta: il loro spettro. Tradizionalmente ha avuto come campo d’applicazione la luce visibile, ma in decenni recenti è stata estesa fino a coprire altre lunghezze d’onda della radiazione elettromagnetica. La scoperta che ha condotto allo sviluppo della spettroscopia risale al 1814 con il fisico Josef von Fraunhofer, che contò ben 574 righe dello spettro solare.

5. Le impronte luminose: i vari tipi di spettri.

Ogni corpo a temperatura sufficientemente alta diventa luminoso; tutti gli atomi e le molecole che lo compongono emettono radiazioni analizzabili per mezzo di uno spettroscopio o spettrografo. Gli spettri sono di tre specie:

1. Spettro di righe brillanti o spettro di emissione. Ogni gas rarefatto produce uno spettro di questo tipo, costituito da una successione di righe brillanti di diverso colore. Ogni elemento chimico ha un suo spettro specifico. L’idrogeno è caratterizzato da tre righe, una nel rosso, una nel verde azzurro e una nel violetto. Il sodio dà due righe gialle vicinissime. Nell'immagine l'esempio di spettro di emissione dell'idrogeno atomico eccitato da scarica elettrica:



2. Spettro continuo. Ogni corpo solido o liquido portato all’incandescenza dà luogo a uno spettro costituito da una striscia luminosa continua il cui colore passa di sfumatura in sfumatura dal rosso cupo, al rosso vivo, al giallo, al verde, all’azzurro, al violetto. Anche un gas può dare origine ad uno spettro continuo, purché sia denso e in grandissima estensione.



3. Spettro di assorbimento. Se un gas è posto fra uno spettroscopio e la sorgente di spettro continuo, si osservano righe scure che interrompono la striscia colorata. Questo accade perché un gas è “opaco” a quelle determinate lunghezze d’onda per cui è emittente. Nell'immagine l'esempio delle righe di assorbimento:

6. Andata o ritorno: Redshift o blueshift?

Il redshift o spostamento verso il rosso è un fenomeno che si verifica nell'osservazione di alcuni oggetti celesti, come ad esempio le Galassie. La frequenza della luce è spostata verso frequenze minori se confrontata con lo spettro dei corrispondenti più vicini. Potremmo equipararlo all'Effetto Doppler, che invece riguarda le onde sonore.

L'origine di questa denominazione deriva dal fatto che nello spettro della luce visibile, il rosso è il colore con frequenza più piccola. L'osservazione di questo comportamento ha potuto confermare la teoria dell'espansione dell'Universo.

Esiste per altro anche il blueshift o spostamento verso il blu, che invece è prova di oggetti in avvicinamento a noi che li osserviamo. Uno di questi oggetti in avvicinamento è proprio la Galassia di Andromeda.

Galassia di Andromeda, M31

7. Conclusioni

Le immagini che vedete all’interno di questo blog sono l’esempio di come ogni oggetto a noi invisibile a occhio nudo possa essere modificato, cromaticamente. All’interno di Atlanti astronomici le illustrazioni conservano traccia di queste modificazioni, annotate nelle didascalie: un avviso annuncia che, per evidenziare maggiormente le singole parti dei soggetti, i colori delle fotografie sono state ritoccati. L’effetto empatico immediato che ne deriva a volte è di scarsa affidabilità, ma conservano a mio parere il mistero e la fascinazione di quello che non saremmo mai riusciti a vedere.

Nebulosa del Pellicano, IC5070