SEZIONE SPETTROGRAFIA - Cosa, ma non perché

Roma, anni ’60 del XIX secolo

https://it.wikipedia.org/wiki/Angelo_Secchi#/
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A consacrare l’utilizzo della spettroscopia in ambito astronomico fu un gesuita italiano: padre Angelo Secchi, nato a Reggio Emilia il 28 giugno 1818. Iniziò a occuparsi intensamente di astronomia alla Georgetown University di Washington e una volta tornato in Italia commissionò la ristrutturazione dell’osservatorio del Collegio Romano, del quale sarebbe poi diventato direttore. Nel 1871 fu tra i fondatori della Società degli Spettroscopisti Italiani, oggi nota come Società Astronomica Italiana. In ambito scientifico si occupò di diverse discipline, fra cui geodesia, meteorologia, magnetismo e ovviamente astrofisica. Ma prima di addentrarci nelle sue scoperte spettroscopiche dobbiamo fare un passo indietro, per capire quale fosse in quel periodo lo stato dell’arte di questa branca dell’astronomia.

https://www.francoravelli.it/gallery/secchi/nuovo-osservatorio.htm

Il primo strumento per l’osservazione sistematica degli spettri (spettroscopio) fu inventato nel 1814 dal tedesco Joseph von Fraunhofer. Utilizzandolo nell’osservazione del Sole, scoprì quelle che sarebbero poi state chiamate linee di Fraunhofer, ovvero delle righe verticali scure sullo spettro della luce solare. In pratica era come se alla luce proveniente dal Sole mancassero alcuni colori o, detto diversamente, alcune lunghezze d’onda!

https://it.wikipedia.org/wiki/Joseph_von_Fraunhofer#/media/File:DBP_1987_1313_
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https://it.wikipedia.org/wiki/Gustav_Robert_Kirchhoff#/
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La spiegazione di queste osservazioni fu formulata negli anni ’50 da Gustav Robert Georg Kirchhoff e Robert Wilhelm Eberhard Bunsen (a quanto pare nella Germania del XIX secolo adoravano i nomi multipli! ;-P). Grazie anche a esperimenti nei laboratori di chimica, i due scienziati tedeschi mostrarono che a ciascun elemento chimico corrispondevano sempre le stesse linee scure. La spettroscopia consentiva in questo modo di individuare una sorta di impronta digitale di ogni elemento, scoperta che - come è facile intuire - aveva un’enorme importanza in campo chimico, ma anche astronomico, aprendo la possibilità di studiare la chimica stellare… senza muoversi dal divano di casa (o meglio: dalla sedia del laboratorio 😉)!

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I risultati di questi studi furono riassunti in tre leggi che descrivono i diversi tipi di spettro osservabili:

-          spettro CONTINUO: un corpo SOLIDO O un fluido DENSO portati ALL’INCANDESCENZA emettono radiazioni a tutte le lunghezze d'onda, dando origine a uno spettro con tutti i colori;

-          spettro di EMISSIONE: un gas RAREFATTO portato ALL’INCANDESCENZA emette radiazioni a determinate lunghezze d’onda, dando origine a uno spettro con righe colorate su fondo scuro;

-          spettro di ASSORBIMENTO: un gas RAREFATTO di fronte a una SORGENTE di radiazione continua A TEMPERATURA MAGGIORE assorbe radiazioni a determinate lunghezze d’onda, dando origine a uno spettro con righe scure sul fondo dello spettro continuo della sorgente luminosa.

http://www.fmboschetto.it/tde5/quant3.htm

E’ importante osservare che per uno stesso elemento chimico le lunghezze d’onda presenti nello spettro di emissione sono le stesse che invece mancano nello spettro di assorbimento. Inoltre è a questo punto possibile spiegare le linee di Fraunhofer come linee di uno spettro di assorbimento: la fotosfera - che possiamo immaginare come una sorta di superficie della stella - è la sorgente luminosa e le linee scure corrispondono ai colori assorbiti dagli elementi presenti nella rarefatta atmosfera dell’astro.

Torniamo ora a padre Secchi, il quale ebbe la geniale idea di proseguire gli studi di Fraunhofer applicando lo spettroscopio all’osservazione di un enorme numero di stelle (probabilmente oltre 4000!) e catalogando le differenze che incontrava fra un astro e l’altro. Scoprì che l’elemento più presente nell’atmosfera del Sole era l’idrogeno e stabilì una relazione fra i colori apparenti delle stelle e gli elementi che emergevano dallo studio dei loro spettri.

Per quanto parziale e approssimativa, questa classificazione spettrale delle stelle ha avuto un impatto sconvolgente sull’astronomia, che fino ad allora si era occupata di studiare quasi esclusivamente la posizione degli astri. Con padre Secchi non era nata soltanto la spettroscopia astronomica, ma anche l’astrofisica.

E’ importante notare che tutti gli studi di cui abbiamo appena parlato erano totalmente empirici, ovvero consistevano nella paziente osservazione dei fenomeni naturali e nell’abilità di trovare leggi che permettessero di prevedere questi comportamenti. Ma nessuno aveva la più pallida idea di cosa ci fosse dietro, di quali fossero effettivamente i motivi per cui le cose funzionavano proprio in quel modo. D’altra parte non c’era alcuna speranza che riuscissero a capirlo, dal momento che avrebbero avuto bisogno di conoscenze che sarebbero state sviluppate quasi un secolo dopo…

Ci risentiamo al prossimo articolo: vi aspettRo!

Lorenzo Bigazzi