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SULLE STRIE DEGLI SPETTRI STELLARI 25 ottobre · PDF fileSULLE STRIE DEGLI SPETTRI STELLARI 25 ottobre 2013 massimo mazzoni . Energia Energia Profilo Spettrale L’andamento del grafico,

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SULLE STRIE DEGLI SPETTRI STELLARI

25 ottobre 2013

massimo mazzoni

Energia

Energia

Profilo Spettrale

Landamento del grafico,

nel continuo e nelle righe

un codice che contiene

informazioni sulla natura

fisica e chimica della

sorgente della radiazione.

Energia

Energia

Profilo Spettrale

Landamento del grafico,

nel continuo e nelle righe

un codice che contiene

informazioni sulla natura

fisica e chimica della

sorgente della radiazione.

Che gli spettri non siano

tutti uguali, lo si capisce

guardando le stelle: hanno

diversi colori.

Quindi diversa anche la

radiazione che emettono.

Che gli spettri non siano

tutti uguali, lo si capisce

guardando le stelle: hanno

diversi colori.

Quindi diversa anche la

radiazione che emettono.

La Fisica a fine 800

m ecca n ica

a cu s t ica

ter m ologia elet t r icit

m a gn et is m o

La Fisica ormai conosciuta quasi

completamente, e l'Astronomia sembra

aver pienamente realizzato tutte le sue

potenzialit: il quadro dell'Universo

completo e consistente, e anche se alcune

domande non banali restano senza risposta

(il buio del cielo notturno, la natura delle

nebulose, la sorgente dell'energia solare, la

materia delle stelle..) si pensa che non sar

facile, forse neppure possibile, ottenere di

pi dallo studio del cielo.

..e soprattutto..

Sibi gratulentur mortales

tale tantumque exstitisse

humani generi decus

LAstronomia e lapplicazione piu sublime e certa della Geometria e della Meccanica congiunte e il piu indiscutibile monumento del successo che lo spirito umano puo conseguire con i propri sforzi.

10

La scoperta di nuovi pianeti, della sorprendente legge delle loro distanze, dellaffidabilit delle leggi di Newton ed in particolare della Gravitazione, rendono lAstronomia un modello per tutte le scienze, ed un simbolo del trionfo della capacit di conoscenza delluomo.

1781 1846 Titius Bode 1770 ca

Natura corpuscolare o ondulatoria (diffrazione, interferenza) della luce?

Spettro del corpo totalmente assorbente?

Struttura della materia?

Significato dei diversi spettri degli elementi e delle stelle?

..questo il problema.. ..e qui forse

la soluzione..

..e viceversa..

Possibile che una stella sia un corpo nero?

1862

1900

1905

Corpo Nero

1888

Dallo studio dei fenomeni

solari nasce una Nuova

Astronomia detta

Fisica Solare o

Fisica Celeste o

Astronomia Fisica o

ASTROFISICA

XVIII-XIX secolo: declino dellAstronomia

Astronomia Classica

o di Posizione Laltra

Levoluzione dellAstronomo

Astronomo = Geometra

Astronomo = Meccanico

1800: il perch delle cose

Astronomo = Fisico della Luce

Sir Isaac NEWTON

New Theory about Light and Coulors

1704 : Optics

La luce del Sole una mescolanza di raggi e i raggi possono esser separati in colori

Quel colore non pu essere cambiato

La natura della luce

Le sorgenti di luce allora usate per generare gli spettri in laboratorio erano la fiamma libera ed il nuovo arco elettrico. Presto si intu, dall' analisi delle righe, che le diverse caratteristiche dello spettro erano dovute alla presenza di composti chimici nella sorgente. Successivamente, proprio dal raffronto di queste con gli spettri del Sole e delle stelle, si deduce l omogeneit nella composizione chimica dell Universo e, molto pi tardi, la costituzione di modelli fisici delle atmosfere stellari e della loro dinamica evolutiva

Fraunhofer, 1814

Erano note 7 righe nere, nella luce

scomposta del Sole. Fraunhofer ne conta pi di 600

In una decina danni, Fraunhofer scopre che anche le altre stelle hanno spettri, simili o diversi da quello del Sole.

Invece lo spettro della Luna o degli altri pianeti identico a quello del Sole: quindi deve trattarsi di luce solare riflessa

Perfeziona gli strumenti ed estende lo studio. Comunque poco pi di una curiosit scientifica. E un costruttore di strumenti, lui, non uno scienziato.

Spettro solare nel Visibile

Kirchhoff & Bunsen, 1859

Elementi

Gas caldo

Heid

elberg

Kirchhoff & Bunsen, 1859

Scoprono anche che una sostanza assorbe proprio gli stessi colori che pu

emettere, se investita da radiazione

Ossia

un solido, un liquido o un gas sottoposti a forte pressione

emettono uno spettro continuo che copre tutti i colori dell

iride;

un gas incandescente a bassa pressione emette uno spettro

continuo al quale si sovrappongo delle righe brillanti

specifiche di emissione;

quando davanti alla sorgente di spettro continuo, viene posto

un gas freddo, si osservano, sovrapposte allo spettro, delle

righe scure di assorbimento; queste hanno la stessa

lunghezza d onda delle righe brillanti emesse dal medesimo

gas portato all incandescenza.

Nel 1859 Kirchhoff enuncia tre fondamentali leggi empiriche

Le leggi della radiazione di Kirchhoff

Corpo Nero caldo

Prisma

(a) Spettro continuo (il corpo nero emette luce a tutte le lunghezza donda)

Prisma

(b) Spettro di righe di assorbimento (gli atomi nella nube di gas assorbono la luce a specifiche, producendo righe scure nello spettro continuo)

Prisma

(c) Spettro di righe di emissione (gli atomi nella nube di gas ri-emettono la luce alle stesse alle quali lhanno assorbita.)

Nube di gas pi freddo

Spettri stellari Gli strati interni e pi densi di una stella producono uno spettro continuo (corpo nero)

Gli strati esterni meno densi e pi freddi assorbono quella radiazione che corrisponde a transizioni atomiche.

Gli spettri delle stelle sono Spettri di Assorbimento

Spettri stellari Superfice della parte che emette il continuo:

Fotosfera. Nel caso del Sole:

400 km.

Strato invertente (Atmosfera) Gli spettri delle stelle sono

Spettri di Assorbimento

Ci si accorge cos che nello Spazio ci sono gli

stessi spettri che ci sono sulla Terra elementi

Un vero puzzle

Quindi si pu conoscere

La composizione chimica, cio di

cosa fatto il corpo celeste

Ma anche la temperatura della

sorgente, per esempio, o la pressione

Auguste Comte

Cours de philosophie positive (1830-42)

La conoscenza positiva che noi possiamo

avere delle stelle limitata ai loro fenomeni

geometrici e meccanici, e noi non potremo

mai in nessun modo investigare la loro

composizione chimica e la loro

struttura mineralogica

Dixit

Polarizzazione

Le molecole di gas interstellare assorbono e diffondono la luce delle stelle, e la polarizzano.

Lo stesso avviene quando la luce stellare riflessa da nubi di polvere.

Questo fenomeno spiegato con lallineamento delle particelle dovuto a campi magnetici interstellari, le cui linee di forza sono dirette lungo i bracci della spirale galattica.

1808

Enrico Fermi (1901-1954)

Nell Introduzione alla Fisica Atomica (1928), nel capitolo sulla nuova Meccanica Ondulatoria, scrive:

Quando si applica la meccanica ordinaria ai fenomeni atomici, si fa uso di grandezze quali, per esempio, le coordinate degli elettroni oppure le componenti delle loro velocit, le quali non sono accessibili allosservazione diretta. Questa ci permette soltanto di percepire la radiazione emessa dallatomo.

Raggi

Cosmici

Onde

Gravitazionali Neutrini ?

Radiazione

em

Informazioni sui corpi celesti

Radiazione integrale

Per secoli lAstronomia ha utilizzato soltanto lintensit luminosa visuale complessiva dei corpi celesti per caratterizzarli e studiarne il moto.

Futur Balla Lampada ad Arco (1910)

Caratteristiche delle onde em

Frequenza di oscillazione (colore)

Ampiezza delloscillazione ( energia)

Piano delloscillazione (polarizzazione)

Densit numerica delle onde (intensit)

La prima e la seconda grandezza sono relative ad una singola onda e misurano lEnergia. La terza invece una misura di confronto: la singola onda (fotone) sempre polarizzata.

Estrarre queste informazioni da

unonda em, e da queste arrivare a

comprendere sia le caratteristiche

fisiche della sorgente, sia quelle del

mezzo attraversato dallonda (spesso

non facilmente separabili), compito

della Spettroscopia Astronomica

Spettroscopia

massimo mazzoni 37

Il modello di Atomo

Questo

lAtomo

Dopo il primo

modello di

J.J. Thomson

1897

alla fine si

capirono le

orbite

elettroniche

Per allora

lelettrone

doveva

emettere

Energia e..

Planck:

lEnergia

in unit

fondamentali

Anzi:

lorbita

come una