SEZIONE SPETTROGRAFIA - L'uomo e la luce

 Montignac (Francia), un pomeriggio d’estate 20000 anni fa.

 Tre uomini vestiti di pelli proteggono il loro bottino all’interno di una grotta, riparandosi dal temporale che li ha sorpresi durante il ritorno a casa dopo la caccia mattutina. Nell’attesa che passi la tempesta, discutono della giornata appena trascorsa: sono stati abbastanza fortunati da trovare un cervo dalle corna lunghissime e lo hanno abbattuto con le loro lunghe lance. I cani, da poco addomesticati, hanno fatto la loro parte nella caccia e adesso riposano sdraiati sotto alle corte asce che penzolano dalle cinture dei loro padroni.

Fra una parola e una risata il tempo passa in fretta e in men che non si dica la pioggia si dirada e il Sole del tardo pomeriggio, poco prima di sparire dietro alla grotta, comincia a illuminare le foglie gocciolanti degli ontani davanti all’ingresso. Uno spettacolo inaspettato si manifesta allora agli occhi di quegli uomini: una striscia curva come i loro archi da caccia compare dietro agli alberi, come se volesse abbracciarli. Ma non è di legno, sembra anzi fatta solo di luce ed è di mille tenui colori. Lo stupore di fronte a quel magico spettacolo lascia per diverso tempo i tre compagni con le bocche spalancate di fronte al verde delle foglie, il luccichio delle gocce d’acqua inondate dalla luce solare e l’azzurro del cielo dopo la pioggia, il tutto incorniciato dalla meravigliosa striscia colorata.

Quando si rendono conto del tempo che è passato, è ormai troppo tardi per tornare dalle loro famiglie e decidono di passare la notte in quella grotta. Mangeranno un po’ della carne che stavano trasportando e passeranno il tempo alla luce delle fiaccole, dipingendo le pareti della grotta: uomini, cavalli, orsi, cervi, uccelli e… un arcobaleno!

Particolare dei dipinti delle grotte di Lascaux (con arcobaleno) - https://www.napolike.it/lascaux-in-mostra-al-mann-di-napoli

Questo breve racconto ovviamente è inventato (e purtroppo non c’è nessun arcobaleno nei dipinti delle Grotte di Lascaux!), ma ci dovrà pur essere stato un momento in cui per la prima volta un essere umano si è chiesto cosa fosse quella striscia colorata, probabilmente immaginando una spiegazione magica per la sua bellezza. Oggi sappiamo (forse perdendo un po’ di poesia…) che alla fine dell’arcobaleno non c’è nessun unicorno e nessuna pentola d’oro, possiamo invece affermare che quel momento sia stato il primo seme per la nascita di una nuova branca della fisica: la spettroscopia. Certamente i pensieri di quella persona non avevano niente di scientifico, ma costituivano l’inizio di un viaggio attraverso il tempo, che fra storia, scienza e grandi personaggi porterà anche noi alla scoperta di una materia così misteriosa e così affascinante!

Siete pronti?

24/03/2021 - Spettro della Nova 2021 V1405 Cas - Foto di Alberto Villa

Certo che sì!

http://it.nextews.com/55f018bd/

Ma… di che si tratta? Già il nome è abbastanza complicato, ma con un po’ di attenzione vediamo che è possibile dividerlo in “spettro-“, che deriva dal latino e indica tutti i possibili colori della luce e “-scopia”, che deriva dal greco e indica l’osservazione di un certo fenomeno. Quindi per farla breve si tratta semplicemente (si fa per dire!) dello studio della luce.

Per quanto a un primo impatto possa sembrare quasi assurdo poter trarre molte informazioni dalla luce che proviene da un oggetto, la realtà a volte supera la fantasia: la spettroscopia è utilissima in molti campi scientifici (chimica e astronomia in particolare) e, come vedremo nei prossimi articoli dopo aver studiato un po’ di fisica 😉, ci permette per esempio di conoscere la temperatura della superficie di una stella, quali elementi chimici vi si trovano, a che velocità si muove una galassia e addirittura di scoprire nuovi pianeti!

Metodo della velocità radiale per la scoperta di esopianeti - https://spazio-tempo-luce-energia.it/il-primo-esopianeta-non-si-scorda-mai-3ac6148f2b27

Ma prima di addentrarci nei meravigliosi meandri della spettroscopia, vediamo che cos’è l’oggetto del nostro studio, ovvero la luce: un’oscillazione del campo elettromagnetico. Immagino che a questo punto, quei pochi di voi che non hanno deciso di abbandonare la lettura dopo questa affermazione, vorranno una spiegazione un po’ più comprensibile!

Oscillazione del campo elettromagnetico - Wikipedia

Intanto, cos’è un “campo”? E’ una caratteristica che permea tutto lo spazio, un po’ come l’acqua del bagno riempie tutta la vasca, ed esattamente come nell’acqua possono esserci delle onde, anche i campi possono oscillare. Allo stesso tempo “elettromagnetico” è riferito a una delle quattro forze fondamentali che governano la natura: nucleare forte, nucleare debole, gravitazionale e appunto elettromagnetica.

Onde sull'acqua -
http://vivinascosto.blogspot.com/2012/02/tiri-il-sasso-e-nascondi-la-manica.html

Quando premiamo l’interruttore della luce è come se lasciassimo cadere una saponetta nella vasca da bagno piena d’acqua: attiviamo all’interno della lampadina dei fenomeni fisici che fanno oscillare il campo elettromagnetico tutto intorno a essa e quando le onde che si spostano nello spazio raggiungono i nostri occhi, vengono percepite come raggi luminosi provenienti dalla lampadina che le ha create.

Come tutte le onde, anche quelle elettromagnetiche sono caratterizzate da

-        -  ampiezza: l’altezza dell’onda, misurata dal punto centrale a quello più alto, detto cresta, o più basso, detto gola

-        -  frequenza: il numero di oscillazioni che l’onda compie in un secondo

1 oscillazione al secondo = 1 hertz (simbolo Hz)

-        -  lunghezza d’onda: la distanza fra due creste o due gole consecutive

Caratteristiche delle onde - https://frequenze.altervista.org/che-cose-unonda-parametri/

L’ampiezza di un’onda corrisponde all’intensità della luce che stiamo osservando (usando un linguaggio non proprio corretto ma abbastanza evocativo, potremmo dire “a quanti raggi di luce vediamo”), mentre la frequenza è legata all’energia dei singoli “raggi”, che all’interno del nostro occhio si traduce nella percezione dei diversi colori. Alle frequenze più alte vediamo il violetto, mentre a quelle più basse il rosso; in mezzo ci stanno gli altri colori, esattamente nell’ordine in cui li vediamo in un arcobaleno. Lo spettro della luce altro non è che l’insieme di tutte le onde elettromagnetiche che i nostri occhi possono vedere, in ordine di frequenza e quindi di colore.

Infine, siccome la velocità delle onde elettromagnetiche è sempre la stessa (la cosiddetta velocità della luce), a una frequenza maggiore corrisponderà una lunghezza d’onda minore e viceversa.

Rapporto tra frequenza e lunghezza d'onda - https://www.andreaminini.org/fisica/luce/

Ci risentiamo al prossimo articolo: vi aspettRo!

Lorenzo Bigazzi