Come frammenti di vetro in frantumi catturati da un riflettore, le stelle appaiono ingannevolmente passive nel cielo notturno. Le temperature della superficie stellare possono raggiungere i 50.000 gradi Celsius - oltre dieci volte più calde del nostro Sole - e in alcuni casi possono raggiungere oltre un milione di gradi! Il calore all'interno di una stella raggiunge livelli ancora più elevati che in genere superano diversi milioni di gradi, abbastanza da separare i nuclei atomici e trasformarli in nuovi tipi di materia. I nostri sguardi casuali verso l'alto non solo non rivelano queste condizioni estreme, ma suggeriscono solo l'enorme varietà di stelle esistenti. Le stelle sono disposte in coppie, terzine e quartetti. Alcuni sono più piccoli della Terra mentre altri sono più grandi del nostro intero sistema solare. Tuttavia, poiché anche la stella più vicina è a 26 trilioni di miglia di distanza, quasi tutto ciò che sappiamo di loro, compresi quelli nella foto di accompagnamento, è stato raccolto solo dalla loro luce.
La nostra tecnologia, oggi, è ancora selvaggiamente incapace di inviare una persona o un robot alla stella più vicina entro un tempo di transito di andata e ritorno che dura meno di diverse migliaia di anni. Pertanto, le stelle rimangono fisicamente inaccessibili ora e per molti anni a venire senza una svolta senza precedenti nella propulsione spaziale. Tuttavia, anche se non è pratico visitare la montagna, è stato possibile studiare parti della montagna che ci sono state inviate sotto forma di luce stellare. Quasi tutto ciò che sappiamo delle stelle si basa su una tecnica nota come spettroscopia: l'analisi della luce e di altre forme di radiazione.
Gli inizi della spettroscopia derivano da Isaac Newton, matematico e scienziato inglese del diciassettesimo secolo. Newton era incuriosito dall'idea allora strana, proposta da pensatori precedenti come René Descartes, che la luce bianca detiene tutti i colori dell'arcobaleno. Nel 1666, Newton sperimentò un prisma di vetro, un piccolo foro in una delle persiane e il muro bianco della stanza. Mentre la luce proveniente dal buco attraversava il prisma, veniva dispersa, come per magia, in una gamma di colori leggermente sovrapposti: dal rosso al viola. Fu il primo a descriverlo come uno spettro, che è la parola latina per apparizione.
L'astronomia non incorporò immediatamente la scoperta di Newton. Ben nel diciottesimo secolo, gli astronomi pensavano che le stelle fossero solo uno sfondo per il movimento dei pianeti. Parte di ciò si basava sull'incredulità diffusa che la scienza potesse mai comprendere la vera natura fisica delle stelle a causa della loro lontananza. Tuttavia, tutto ciò è stato cambiato da un ottico tedesco di nome Joseph Fraunhofer.
Cinque anni dopo essersi unito a una ditta di ottica di Monaco, Fraunhofer, all'età di 24 anni, è diventato un partner grazie alla sua abilità nella fabbricazione del vetro, nella rettifica delle lenti e nel design. La sua ricerca di obiettivi ideali utilizzati in telescopi e altri strumenti lo ha portato a sperimentare la spettroscopia. Nel 1814 installò un telescopio da rilevazione, montò un prisma tra esso e una piccola fenditura di luce solare, quindi guardò attraverso l'oculare per osservare lo spettro che ne risultò. Osservò una gamma di colori, come si era aspettato, ma vide qualcos'altro: un numero quasi infinito di linee verticali forti e deboli che erano più scure del resto dei colori e alcune apparivano quasi nere. Queste linee scure diventeranno in seguito familiari a tutti gli studenti di fisica come le linee di assorbimento di Fraunhofer. Newton non li aveva visti, forse, perché il buco usato nel suo esperimento era più grande della fessura del Fraunhofer.
Affascinato da queste linee e sicuro che non fossero artefatti del suo strumento, Fraunhofer le studiò attentamente. Nel tempo ha mappato oltre 600 linee (oggi ce ne sono circa 20.000), quindi ha rivolto la sua attenzione alla Luna e ai pianeti più vicini. Scoprì che le linee erano identiche e concluse che ciò avveniva perché la luna e i pianeti riflettevano la luce del sole. Successivamente studiò Sirius ma scoprì che lo spettro della stella aveva uno schema diverso. Ogni stella che ha osservato, da allora in poi, ha una serie unica di linee verticali scure che le distinguono dalle altre come un'impronta digitale. Durante questo processo, ha notevolmente migliorato un dispositivo noto come reticolo di diffrazione che potrebbe essere utilizzato al posto di un prisma. La sua grata migliorata ha prodotto spettri molto più dettagliati di un prisma e gli ha permesso di creare mappe delle linee scure.
Fraunhofer testò i suoi spettroscopi - un termine coniato più tardi - osservando la luce di una fiamma di gas e identificando le linee spettrali che apparivano. Queste linee, tuttavia, non erano scure, erano luminose perché derivavano da un materiale che era stato riscaldato a incandescenza. Fraunhofer notò la coincidenza tra le posizioni di una coppia di linee scure nello spettro solare con una coppia di linee luminose dalle sue fiamme da laboratorio e ipotizzò che le linee scure potessero essere causate dall'assenza di una luce particolare come se il Sole (e il altre stelle) avevano derubato i loro spettri di strette strisce di colore.
Il mistero delle linee scure non fu risolto fino al 1859 circa, quando Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen condussero esperimenti per identificare i materiali chimici in base al loro colore quando venivano bruciati. Kirchhoff suggerì che Bunsen usasse uno spettroscopio come metodo più chiaro per fare una distinzione e ben presto divenne evidente che ogni elemento chimico aveva uno spettro unico. Ad esempio, Sodium ha prodotto le linee individuate per la prima volta da Fraunhofer diversi anni prima.
Kirchhoff ha continuato a comprendere correttamente le linee scure negli spettri solari e stellari: la luce del Sole o una stella passa attraverso un'atmosfera circostante di gas più freddi. Questi gas, come il vapore di sodio, assorbono la loro caratteristica lunghezza d'onda dalla luce e producono le linee scure individuate per la prima volta da Fraunhofer all'inizio di quel secolo. Questo ha sbloccato il codice della chimica cosmica.
In seguito Kirchoff decifrò la composizione dell'atmosfera solare identificando non solo sodio ma ferro, calcio, magnesio, nichel e cromo. Qualche anno dopo, nel 1895, gli astronomi che osservavano un'eclissi solare avrebbero confermato le linee spettrali di un elemento che non era stato ancora scoperto sull'elio terrestre.
Mentre il lavoro investigativo continuava, gli astronomi scoprirono che la radiazione che stavano studiando attraverso spettroscopi si estendeva oltre i familiari colori visibili in regioni elettromagnetiche che i nostri occhi non sono in grado di percepire. Oggi, gran parte del lavoro che attira l'attenzione degli astronomi professionisti non riguarda le caratteristiche visive degli oggetti dello spazio profondo, ma con la natura dei loro spettri. Praticamente tutti i pianeti solari extra recentemente scoperti, per esempio, sono stati scoperti analizzando i cambiamenti dello spettro stellare che vengono introdotti mentre orbitano attorno alla loro stella madre.
Gli enormi telescopi che punteggiano il globo in luoghi estremamente remoti vengono raramente utilizzati con un oculare e raramente scattano foto come quella inclusa in questa discussione. Alcuni di questi strumenti hanno diametri di specchio superiori a 30 piedi e altri, ancora in fase di progettazione e finanziamento, possono avere superfici di raccolta della luce che superano i 100 metri! Nel complesso, tutti quelli che esistono e quelli sul tavolo da disegno sono ottimizzati per raccogliere e dissezionare la luce che raccolgono utilizzando sofisticati spettroscopi.
Attualmente, molte delle più belle immagini dello spazio profondo, come quella qui descritta, sono prodotte da astronomi dilettanti dotati che sono attratti dalla bellezza degli oggetti che vagano nello spazio profondo. Armati di fotocamere digitali sensibili e strumenti ottici di dimensioni straordinariamente precise ma modeste, continuano a essere fonte di ispirazione per le persone di tutto il mondo che condividono la loro passione.
L'immagine colorata in alto a destra è stata prodotta da Dan Kowal dal suo osservatorio privato nell'agosto di quest'anno. Presenta una scena situata nella direzione della costellazione settentrionale di Cigno. Questa complessa massa di idrogeno molecolare e polvere si trova a circa 4.000 anni luce dalla Terra. Gran parte della luce vista nella parte principale di questa nebulosa è generata dalla massiccia stella luminosa vicino al suo centro. Le fotografie grandangolari a lunga esposizione rivelano che la nebulosa è molto estesa, essenzialmente un vasto fiume di polvere interstellare.
Questa immagine è stata prodotta con un rifrattore apocromatico da sei pollici e una fotocamera astronomica da 3,5 mega-pixel. L'immagine rappresenta quasi 13 ore di esposizione.
Hai foto che desideri condividere? Pubblicali sul forum di astrofotografia di Space Magazine o inviali via e-mail e potremmo presentarne uno su Space Magazine.
Scritto da R. Jay GaBany
