domenica 16 settembre 2012

Spettroscopia stellare... con la zanzariera (e la macchina fotografica)

Figure di interferenza osservando luci cittadine attraverso  il reticolo di una zanzariera.
Una delle conferme storiche alla natura ondulatoria della luce venne dagli studi sulle figure di interferenza e diffrazione effettuati nel XIX secolo da Young ed altri. Esperimenti successivi misero in evidenza  anche la natura corpuscolare della luce portando al concetto di dualismo onda-particella,  alle basi della meccanica quantistica e della fisica delle particelle. 
La diffrazione è presente in tutti i fenomeni ondulatori, il suono le onde dei fluidi... Quando un'onda  colpisce un oggetto delle dimensioni paragonabili alla sua lunghezza d'onda, viene diffratta. Si originano quindi nuove onde come ad esempio quelle di forma sferica osservabili all'entrata di un porto.  A seconda della forma e della struttura dell'ostacolo e le onde possono sommarsi in alcuni punti e cancellarsi in altri dando origine alle figure di diffrazione. Nel caso delle onde elettromagnetiche di cui la luce è composta possono dare origine a vari fenomeni di interferenza e diffrazione: uno dei più comuni è il colore iridescente prodotto dall'interferenza della luce riflessa dai CD e DVD.  

Un altro modo con cui è possibile osservare  questo fenomeno è utilizzando la zanzariera appesa alle finestre. Questa si comporta come un reticolo di diffrazione, costringendo la luce che la oltrepassa a formare nuove e diverse strutture. L'immagine principale - al centro - rimane immutata, ma guardando - anche ad occhio nudo -  le luci notturne  dei lampioni è possibile vedere che esse sono circondate da un alone a forma di croce, con i bracci paralleli al reticolo della zanzariera. Per osservare meglio il fenomeno è sufficiente utilizzare una macchina fotografica digitale: i risultati migliori si ottengono con  un treppiede, il fuoco all'infinito e con un elevato zoom.



Nella foto sopra sono visibili le figure di diffrazione dellle luci della città. Le luci rosse utilizzate sulle torri sono monocromatiche e hanno i massimi (i punti luminosi) disposti secondo uno schema a scacchiera, con le intensità maggiori lungo i bracci della croce. 
La posizione del massimo dipende però dalla lunghezza d'onda, ed è tanto più lontana dalla sorgente originale quanto più lunga  è la lunghezza d'onda: osservando una luce bianca si nota  quindi un effetto arcobaleno, in cui il colore rosso presenta i massimi più lontano dalla zona centrale. Questo fenomeno è simile a quello osservato nel prisma dove però l'ordine dei colori è inverso. Con le sorgenti pù intense è possibile veder meglio la struttura a scacchiera, che riproduce la forma quadrata della zanzariera.    





A questo punto è sufficiente puntare la macchina fotografica verso il cielo ed osservare le stelle: anche in questo caso apparirà una figura di diffrazione simile a quella delle luci della città. 
La nostra visione notturna è per lo più in bianco e nero, per cui ad occhio nudo possiamo renderci  conto solo del colore delle stelle più brillanti. Con una macchina fotografica questo è molto più semplice: facendo una foto per qualche secondo  i colori delle stelle appaiono evidenti. Colore e luminosità di una stella sono legati tra loro in una relazione che fornisce informazioni sul tipo di astro, la sua massa e la sua età. Inoltre la presenza di righe particolarmente luminose o mancanti nello spettro di una stella può fornire ulteriori dati sui fenomeni che hanno luogo sulla sua superficie.  In astronomia si usano speciali spettroscopi per misurare lo spettro delle stelle, ma il principio di funzionamento non è molto diverso da quello del prisma o della diffrazione. Usando la zanzariera è difficile effettuare misure quantitative, ma si può comunque vedere i diversi colori nelle figure di diffrazione.  Se non si ha una zanzariera si può utilizzare qualunque rete o reticolo: i risultati migliori si otterranno tanto più sottile e fitto è il reticolo. 
Quest'altra è invece
prevalentemente nel rosso


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