Scuola Guida Relativistica: come appare il cielo alla velocità della luce?

Lo spazio come appare a velocità prossime a quella della luce
(da Gunbuster)

Abbiamo appena acquistato un’astronave nuova di zecca, nuovo modello, teoricamente in grado di sfiorare  la velocità della luce.  Usciti dal concessionario,  ci lasciamo la Terra alle spalle ed acceleriamo,  incuranti  dei consumi elevatissimi  dovuti al fatto che la nostra massa  aumenta sempre di più via via che la velocità cresce richiedendo una spinta sempre maggiore.  

Non abbiamo però letto il libretto delle istruzioni e quindi restiamo a bocca aperta osservando  fuori della cabina di pilotaggio. L’impressione è che le stelle si stiano allontanando da noi!  La loro luce si sta infatti concentrando in un alone indistinto verso la prua della nave. Il computer di bordo però ci rassicura:  È un fenomeno analogo a quello osservato andando in moto sotto la pioggia, dove le gocce d’acqua sembrano provenire solo da davanti.  Questo fenomeno è descritto quantitativamente dalle trasformazioni  di Lorentz, ma in sostanza la nostra velocità è tale che la luce delle stelle non riesce ‘a raggiungerci’ dai lati e sembra quindi provenire solo da  davanti.

Il campo stellare da fermi...

...all'85% della v luce..

Oltre all’aberrazione geometrica, le stelle cambiano colore: Infatti la lunghezza d’onda emessa dagli astri ci appare accorciata e dunque tende a spostare la luce verso il blu. (Questo fenomeno – l’effetto Doppler -   è lo stesso, ma opposto a quello dello spostamento verso il rosso osservato dall’allontanamento delle galassie a seguito del Big Bang).  Le stelle tendono a quindi formare una specie di arcobaleno circolare intorno alla prua della nave. 

Al 98.4% di vluce...

Al 99.8% di vluce

Siamo quasi alla  velocità della luce (per raggiungerla dovremmo avere massa nulla, ma l’aspetto dello spazio non cambierebbe): le stelle si sono concentrate in un punto luminoso centrale, circondato da un alone colorato dovuto appunto all’effetto Doppler relativistico. Con questo bolide  raggiungere Giove in circa mezz’ora Plutone in poche ore, ma il campo di stelle rimane comunque immutato. A  questa velocità ci vorrà meno tempo a raggiungere le stelle per via della contrazione delle lunghezze. Lo spazio appare infatti contratto agli astronauti che si muovono a velocità relativistica.

Effetto Doppler relativitistico. La nostra astronave è il
puntino blu che si muove con velocità sempre maggiore
verso destra. Di fronte a noi si osserva uno spstamento
verso il blu della luce delle stelle. (da wikipeedia)

L’effetto  in cui le stelle sembrano passare ai lati dell’Enterprise come lampioni di un’autostrada galattica è quindi incorretto, perché implicherebbe una velocità di  varie decine di anni luce al secondo  (ma già attribuito a qualche effetto apparente dovuto alla velocità warp), e comunque dopo le recenti devastazioni di JJ Abrams è il problema minore di Star Trek. 

Corso di Relatività e trasformazioni di Lorentz in Gunbuster

Chi però  tiene conto correttamente degli effetti relativistici è l’ineffabile Hideaki Anno. 


In Gunbuster (1988),  serie già citata in un precedente articolo sui buchi neri, descrive correttamente l’effetto di aberrazione relativistica, con tutte le stelle concentrate in un punto e circondate dall’anello multicolore di Einstein. Per non farsi mancare niente, il regista  di Evangelion, ha aggiunto una serie di micro corsi scientifici  alla fine di ogni episodio in cui le protagoniste del cartone discutono la fisica relativa, con tanto di trasformazioni di Lorentz.    

In assenza di una astronave possiamo provare i brividi della guida relativistica con Star Strider,  un planetario shareware, da cui abbiamo tratto queste immagini.

Osservare la Cometa Lovejoy

La cometa Lovejoy. Canon, f4.5 2 s  800 iso. 20 foto sovrapposte

In questi giorni la cometa Lovejoy si trova alta sull'orizzonte, poco più in basso di Orione. Al momento è molto fioca, con una magnitudine di circa 9.5. E' pertanto impossibile a vedere ad occhio nudo, e debolmente visibile con un binocolo. Si può comunque sperare che nei prossimi giorni diventi più luminosa (anche perché la Luna sarà via via più lontana).

Zona di cielo dove si trova la cometa Lovejoy (da qui)

In ogni caso è relativamente semplice fotografarla. Non saranno le splendide foto fatte da astrofili semiprofessionisti, ma la parte più divertente non è battere certo il tesecopio Hubble.
Per fotografare la cometa basta:

1.  Prendere una qualunque  macchina fotografica (meglio una reflex ma non è essenziale) ed un treppiede. La macchina deve essere impostata per foto a lunga esposizione, almeno qualche secondo. La durata esatta dipende dalla qualità del cielo, se il cielo è molto luminoso come in città conviene fermarsi a 2-3 secondi.

2. Disabilitate la stabilizzazione automatica della lente. Se il treppiede e ben stabile, è inutile ed anzi fa danno. Mettete a fuoco manualmente utilizzando qualche stella brillante o luce lontana.

3. Localizzate la porzione di cielo in cui si trova la cometa, ad esempio qui o meglio ancora su heavens-above (dove dovete inserire le coordinate della vostra posizione o il nome della città). In ogni caso nei primi giorni di gennaio  è poco sotto Orione alla sua destra e salirà nei prossimi giorni.

Foto a largo campo. La luce in alto
a Sx è la Luna

4. Puntate la camera nella regione indicata. Nelle prime prove è meglio avere un campo relativamente ampio per localizzare la cometa con più facilità. Successivamente si può provare a zoomare.

5. Aprite l'otturatore al massimo, l'iso è poco  importante (200-400 è ok), la durata deve essere qualche secondo e come detto sopra dipende dalla qualità dell'inquinamento luminoso.

6. Scattate una decina di foto o più (con il timer a 10 secondi per evitare le vibrazioni)

Con la mappa di heavensabove
sovrapposta.

7. La parte più divertente (a mio avviso) è poi il confronto delle mappe stellari. Nome roboante a parte, si tratta di confrontare la posizione delle stelle con quella attesa della cometa e vedere quale mucchietto di pizel luminosi corrisponde alla cometa. Con un programma che supporta i layer delle immagini (come photoshop o gimp è semplice aggiustare l'immagine sopra con le foto fatte).

8. Una volta identificata la zona di cielo si può utilizzare la mappa più ristretta per localizzare la cometa

Zoom sulla regione considerata.
La mappa a corto raggio è sovrapposta
leggeremente spostata.
La cometa è al centro del riquadro, tra l'icona della cometa e
 la freccia nera (estremità sinistra)  

9. Se volete migliorare il rapporto segnale rumore delle foto utilizzate un programma di sovrapposizione delle immagini. Ad esempio questo è gratuito. E' preferibile la sua versione  "live" (qui) molto più  semplice  da usare. La qualità dell'immagine complessiva  migliora con la radice quadrata delle foto utilizzate.

9. Con un programma di foto editing aumentate il contrasto e la luminosità sino a raggiungere un compromesso decente.
Il risultato è la macchietta verdastra al centro dello schermo (!). Si noti che anche a questo livello di zoom l'immagine è più diffusa delle  stelle sotto e a destra, maggiormente puntiformi, mostrando che sia un oggetto diverso dagli altri (e che non abbiamo sbagliato a puntare!).
Siamo lontanissimi  da Hubble ma come Stella Cometa ci si può accontentare

L'ultima pagina di Pagina99?

Il numero di domani 3 gennaio 2015 sarà l'ultimo in edicola per Pagina99.  Emanuele Bevilacqua, il direttore, ne spiega le ragioni qui, ma in sostanza il problema è che la qualità e la carta non pagano di questi tempi. Osservate le home page di Repubblica ed il Corriere (La Stampa è un po' meglio): oltre a essere quasi fotocopie l'una dell'altra sono farcite di argomenti che un tempo neanche Novella2000 avrebbe stampato. 

Certo, sono quelli i link che generano click e sono quelli che portano la pubblicità: le regole sono chiare quanto impietose.  Il risultato è una gara al ribasso culturale e di dibattito in confronto al quale  l'Assemblea Condominiale di Fantozzi sembra l'Accademia dei Lincei. Forum fatti solo per far litigare la gente (ed alzare i click), ma in cui non è possibile spesso postare i link per approfondire il discorso, video che partono in automatico uno dopo l'altro, errori di grammatica, ortografica che neanche alle elementari (ma del resto a 5 euro al pezzo che ti aspetti?).  Tutto questo dalle principali testate giornalistiche online (che pure hanno ottime rubriche, spesso però sommerse dal rumore di fondo dei mangiaclick).

Pagina99 non è (era? sarà?) nulla di tutto questo, l'edizione cartacea e quella online sono entrambe fonti di approfondimento per gli eventi della settimana e non solo, con particolare enfasi sulla politica estera, ormai relegata nel profondo delle pagine dei quotidiani nazionali.

Come accennavo all'inizio domani esce l'ultimo numero cartaceo, se possibile compratelo online o ancora meglio dal giornalaio. Per quanto poco potrà servire sono sicuro che farà piacere a chi ha investito il suo tempo e le sue energie in questa iniziativa. 

Probabilmente non sono obiettivo, dato che ho scritto alcuni pezzi per il giornale, ma proprio per questo ho avuto modo di conoscere i giornalisti della redazione, tutti di ottimo calibro e soprattutto ottime persone, cui va il mio più sincero in bocca al lupo per il futuro.