Vai in un luogo pubblico dove si radunano persone come un marciapiede dell'ora di punta in centro o un centro commerciale del fine settimana e noterai rapidamente che ogni persona è un individuo con caratteristiche diverse in base alla sua altezza, peso e aspetto, ad esempio. Ognuno è distinto per dimensione, forma, età e colore. C'è anche un'altra caratteristica che si nota immediatamente a prima vista: ogni stella ha una brillantezza unica.
Già nel 120 a.C., gli astronomi greci classificavano le stelle in categorie in base al loro splendore - il primo a farlo fu Ipparco. Anche se sappiamo molto poco della sua vita, è comunque considerato uno degli astronomi più influenti dell'antichità. Oltre duemila anni fa, calcolò la durata di un anno in 6,5 minuti. Scoprì la precessione degli equinozi, predisse dove e quando delle eclissi lunari e solari e misurò accuratamente la distanza dalla Terra alla Luna. Ipparco era anche il padre della trigonometria e il suo catalogo tracciava tra 850 e 1.100 stelle, identificate ciascuna per posizione e le classificava in base alla loro luminosità con una scala che variava da una a sei. Le stelle più abbaglianti furono descritte come di prima grandezza e quelle che apparivano più deboli a occhio nudo furono designate come sime. Le sue classificazioni erano basate su osservazioni ad occhio nudo, quindi era semplice, ma fu successivamente incorporato e ampliato in Tolomeo Almagesto che divenne lo standard usato per i successivi 1.400 anni. Copernico, Keplero, Galileo, Newton e Halley erano tutti familiari e lo accettarono, per esempio.
Naturalmente, al tempo di Ipparco non c'erano binocoli o telescopi e ci vuole una vista acuta e buone condizioni di osservazione per discernere le stelle alla sesta magnitudine. L'inquinamento luminoso che è pervasivo nella maggior parte delle principali città e delle aree metropolitane circostanti pone limiti alla visualizzazione di deboli oggetti nel cielo notturno di oggi. Ad esempio, gli osservatori in molte località suburbane possono vedere solo stelle dalla terza alla quarta magnitudine: nelle notti migliori, la quinta magnitudine può essere visibile. Sebbene la perdita di una o due magnitudini non sembri molto, considera che il numero di stelle visibili aumenta rapidamente ad ogni movimento della scala. La differenza tra un cielo inquinato dalla luce e un cielo scuro è mozzafiato!
A metà del XIX secolo la tecnologia aveva raggiunto un punto di precisione secondo cui il vecchio metodo di misurazione della luminosità delle stelle per approssimazione costituiva un ostacolo alla ricerca. A questo punto la gamma di strumenti utilizzati per studiare i cieli includeva non solo un telescopio ma uno spettroscopio e una macchina fotografica. Questi dispositivi hanno fornito un enorme miglioramento rispetto alle note scritte a mano, agli schizzi oculari e alle inferenze tratte dai ricordi di precedenti osservazioni visive. Inoltre, poiché i telescopi sono in grado di raccogliere più luce che l'occhio umano può raccogliere, la scienza aveva saputo, sin dalle prime osservazioni telescopiche di Galileo, che c'erano stelle molto più deboli di quanto le persone sospettassero quando la scala della magnitudine era stata inventata. Pertanto, divenne sempre più accettato che le assegnazioni di luminosità tramandate dall'antichità fossero troppo soggettive. Ma invece di abbandonarlo, gli astronomi hanno scelto di regolarlo differenziando matematicamente la luminosità delle stelle.
Norman Robert Pogson era un astronomo britannico nato a Nottingham, in Inghilterra il 23 marzo 1829. Pogson esibì la sua abilità con calcoli complessi in tenera età calcolando le orbite di due comete quando aveva solo 18 anni. Durante la sua carriera come astronomo a Oxford e successivamente in India, scoprì otto asteroidi e ventuno stelle variabili. Ma il suo contributo più memorabile alla scienza fu un sistema di assegnazione di un'accurata luminosità stellare quantificabile. Pogson fu il primo a notare che le stelle di prima grandezza erano circa cento volte più luminose delle stelle di sesta magnitudine. Nel 1856, egli propose che questo fosse accettato come un nuovo standard in modo che ogni declino di magnitudo decrementasse il valore del precedente ad un tasso pari alla quinta radice di 100 o circa 2.512. Polaris, Aldebaran e Altair sono stati designati magnitudo 2.0 da Pogson e tutte le altre stelle sono state confrontate con queste nel suo sistema e delle tre, Polaris era la stella di riferimento. Sfortunatamente, gli astronomi in seguito hanno scoperto che Polaris è leggermente variabile, quindi hanno sostituito la brillantezza di Vega come linea base per la luminosità. Naturalmente, va notato che da allora Vega è stata sostituita con un punto zero matematico più complicato.
L'assegnazione di un valore di intensità alle stelle tra il primo e il sesto livello di magnitudine si basava sulla convinzione, quindi, prevalente che l'occhio percepiva differenze di luminosità su una scala logaritmica: gli scienziati, a quel tempo, ritenevano che la grandezza di una stella non fosse direttamente proporzionale alla quantità effettiva di energia ricevuta dall'occhio. Presumevano che una stella di magnitudo 4 sembrasse essere a metà strada tra la luminosità di una stella di magnitudine 3 e una di magnitudine 5. Ora sappiamo che questo non è vero. La sensibilità dell'occhio non è esattamente logaritmica: segue la curva della legge del potere di Steven.
Indipendentemente da ciò, il rapporto Pogson è diventato il metodo standard per assegnare le magnitudini in base all'apparente luminosità delle stelle viste dalla Terra e nel tempo, con il miglioramento degli strumenti, gli astronomi sono stati in grado di affinare ulteriormente le loro denominazioni in modo da rendere possibili anche le magnitudini frazionarie.
Come accennato in precedenza, era noto che l'Universo era pieno di stelle più deboli di quanto solo l'occhio potesse percepire dai tempi di Galileo. I quaderni del grande astronomo sono pieni di riferimenti alle stelle di settima e ottava magnitudine che ha scoperto. Quindi il rapporto di Pogson è stato esteso per includere anche quelli che erano più deboli della sesta magnitudine. Ad esempio, l'occhio non aiutato ha accesso a circa 6.000 stelle (ma poche persone lo vedono mai a causa del bagliore scaltro notturno e della necessità di osservare per un periodo di mesi dall'equatore). Il binocolo 10X50 comune aumenterà la presa della luce dell'occhio di circa cinquanta volte, espanderà il numero di stelle visualizzabili a circa 50.000 e consentirà all'osservatore di individuare oggetti di nona magnitudine. Un modesto telescopio da sei pollici aumenterà ancora di più la vista rivelando le stelle fino alla dodicesima magnitudine, che è circa 475 più debole di quanto l'occhio senza aiuto possa rilevare. Circa 60.000 bersagli celesti sono osservabili con uno strumento come questo.
Il grande telescopio Hale da 200 pollici sul Monte Palomar, lungo il più grande telescopio sulla Terra fino a quando i nuovi strumenti non lo hanno superato negli ultimi vent'anni, potrebbe offrire sbirciatine visive fino alla ventesima magnitudine, che è circa un milione di volte più debole della visione non assistita. Sfortunatamente, questo telescopio non è attrezzato per l'osservazione diretta, non è dotato di un supporto per oculare e, come ogni altro grande telescopio oggi, è essenzialmente un gigantesco obiettivo fotografico. Il telescopio spaziale Hubble, in bassa orbita terrestre, può fotografare stelle alla ventinovesima magnitudine. Ciò rappresenta l'attuale margine dell'umanità dell'universo visibile - circa venticinque miliardi di volte più debole della normale percezione umana! Incredibilmente, enormi telescopi sono sul tavolo da disegno e vengono finanziati, con specchi di raccolta della luce delle dimensioni dei campi di calcio, che consentiranno l'avvistamento di oggetti alla trentottesima magnitudine! Si ipotizza che ciò possa portarci all'alba della creazione!
Con Vega che rappresenta il punto di partenza per determinare le magnitudini, bisognava fare qualcosa anche con oggetti più luminosi. Otto stelle, diversi pianeti, la Luna e il Sole (tutti) superano Vega, per esempio. Dato che l'uso di numeri più alti rappresentava oggetti più deboli che a occhio nudo, sembrava appropriato che numeri zero e negativi potessero essere usati per prendere quelli che erano più luminosi di Vega. Pertanto, si dice che il Sole splenda a magnitudine -26,8, la Luna piena a -12. Sirius, la stella più luminosa vista dal nostro pianeta, ricevette una magnitudine di -1,5.
Questa disposizione è persistita perché combina accuratezza e flessibilità per descrivere con elevata precisione la luminosità apparente di tutto ciò che possiamo vedere nei cieli.
Tuttavia, la brillantezza delle stelle può essere ingannevole. Alcune stelle appaiono più luminose perché sono più vicine alla Terra, rilasciano quantità insolitamente grandi di energia o hanno un colore che i nostri occhi percepiscono con maggiore o minore sensibilità. Pertanto, gli astronomi hanno anche un sistema separato che descrive lo scintillio delle stelle in base al modo in cui apparirebbero da una distanza standard - circa 33 anni luce - chiamato magnitudine assoluta. Ciò rimuove gli effetti della separazione della stella dal nostro pianeta, la sua luminosità intrinseca e il suo colore dall'equazione di magnitudine apparente.
Per dedurre la grandezza assoluta di una stella, gli astronomi devono prima capire la sua distanza effettiva. Esistono diversi metodi che si sono dimostrati utili, di questi parallasse è il più frequentemente utilizzato. Se si tiene un dito verso l'alto alla lunghezza delle braccia, quindi spostando la testa da un lato all'altro, si noterà che il dito sembra spostarsi rispetto agli oggetti sullo sfondo. Questo spostamento è un semplice esempio di parallasse. Gli astronomi lo usano per misurare le distanze stellari misurando la posizione di un oggetto rispetto alle stelle di sfondo quando la Terra si trova su un lato dell'orbita rispetto all'altro. Applicando la trigonometria, gli astronomi possono calcolare la distanza dell'oggetto. Una volta compreso questo, un altro calcolo può stimare la sua luminosità apparente a 33 anni luce.
Curiose modifiche al risultato delle assegnazioni di grandezza. Ad esempio, la grandezza assoluta del nostro Sole si riduce a solo 4,83. Alpha Centauri, uno dei nostri vicini stellari più vicini, è simile con una magnitudine assoluta di 4,1. È interessante notare che Rigel, la luminosa stella bianco-blu che rappresenta il piede destro del cacciatore nella costellazione di Orione, brilla con una magnitudine apparente di circa zero ma una magnitudine assoluta di -7. Ciò significa che Rigel è decine di migliaia di volte più luminoso del nostro Sole.
Questo è un modo in cui gli astronomi hanno imparato a conoscere la vera natura delle stelle anche se sono molto remote!
Galileo non fu l'ultimo grande astronomo italiano. Sebbene sia probabilmente la più famosa, l'Italia moderna è piena di migliaia di astronomi dilettanti di livello mondiale sia professionisti che dotati che sono impegnati nella ricerca e nella fotografia dell'Universo. Ad esempio, il magnifico quadro che accompagna questa discussione è stato prodotto da Giovanni Benintende con un telescopio Ritchey-Chretien da dieci pollici e una fotocamera astronomica da 3,5 mega-pixel dal suo sito di osservazione in Sicilia il 23 settembre 2006. L'immagine ritrae una nebulosa eterica , designato Van den Bergh 152. È nella direzione della costellazione di Cefeo, situata a circa 1.400 anni luce dalla Terra. Poiché brilla solo a una debole magnitudine 20 (che ora dovresti apprezzare come estremamente debole!), Giovanni ha impiegato 3,5 ore di esposizione per catturare questa meravigliosa scena.
La bella tonalità della nuvola è prodotta dalla stella brillante, vicino alla cima. I microscopici granelli di polvere all'interno della nebulosa sono abbastanza piccoli da riflettere le lunghezze d'onda più corte della luce delle stelle, che tendono verso la parte blu dello spettro dei colori. Le lunghezze d'onda più lunghe, che tendono al rosso, passano semplicemente attraverso. Questo è anche analogo al motivo per cui i nostri cieli terrestri sono blu. L'effetto sorprendente della retroilluminazione è molto reale e proviene dalla luce stellare combinata della nostra Galassia!
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Scritto da R. Jay GaBany
