home page - novità - mappa - link AMA - Associazione Marchigiana Astrofili - Ancona

l'universo in un raggio di luce

COME LA SPETTROSCOPIA HA CAMBIATO L'ASTRONOMIA

< indietro avanti >

2. la nascita della spettroscopia

Nel 1704 Isaac Newton aveva pubblicato il trattato "Opticks", il primo trattato di ottica, in cui descriveva un raggio di luce che attraversando un prisma viene separato in fasci di luce colorati. Il fenomeno era già conosciuto, anche perché è lo stesso che provoca l'arcobaleno, nel quale il prisma è sostituito dalle gocce d'acqua. Ma prima di Newton si pensava che i colori fossero generati in qualche modo dal prisma, che aveva la proprietà di colorare la luce bianca.


Isaac Newton (1642-1727) in un ritratto di Sir Godfrey Kneller (Farleigh House, Farleigh Wallop, Hampshire)
a destra immagine tratta dall’edizione di Opticks del 1721, fonte: Storia della spettroscopia, INFN Bari 

Il grande scienziato inglese nei suoi esperimenti utilizzò lenti convergenti e riuscì a riunire i fasci di luce colorata ricreando la luce bianca. E così Newton fu il primo a capire che la luce bianca non è altro che la somma delle diverse componenti cromatiche della luce solare, così come vengono avvertite dal nostro occhio. Quando il fascio di luce diffusa da un prisma viene proiettato su una parete si ottiene una banda colorata simile all'arcobaleno, dal violetto al rosso: questa banda, che rappresenta l'immagine della luce solare, venne chiamata spettro (dal latino spectrum, che significa "immagine, visione") e i suoi colori sono detti colori spettrali.

La scoperta delle righe

Nel 1802 il chimico inglese Wollanston si accorse per primo della presenza di sette righe scure nello spettro del Sole e dei pianeti, righe che non erano state viste neppure da Newton. L'osservazione che si trovavano sempre nella stessa posizione fece supporre che le righe scure fossero una proprietà della luce emessa dal Sole. Inoltre il fatto che la loro posizione corrispondesse a quella delle righe scure osservate nello spettro dei pianeti confermò la supposizione che i pianeti emettessero solamente luce solare riflessa. Un grande contributo allo studio degli spettri venne dall'ottico tedesco Fraunhofer, che nel 1814 misurò oltre 500 righe scure nella luce solare diffusa; le righe più importanti vennero indicate con le lettere dalla A alla G, lettere che vengono tuttora usate nello studio dello spettro solare.


da sinistra William Wollaston (1766-1828) e Joseph von Fraunhofer (1787-1826)
a destra lo spettro del sole nel disegno originale di Fraunhofer
fonte: I pionieri della Spettroscopia di Pierfranco Bellomo

Quando ci si accorse che riscaldando alcuni materiali venivano prodotti spettri con righe a volte scure, a volte luminose, furono molti gli scienziati che iniziarono a studiare gli spettri in laboratorio. Ogni sostanza produceva uno spettro con righe caratteristiche, e naturalmente furono i chimici i primi a beneficiare di un metodo che dava la possibilità di indagare le proprietà dei componenti elementari della materia. Spettri di sostanze contenenti sodio presentavano due righe ravvicinate nel giallo uguali alle righe D di Frauhofer, ma nessuno sapeva da dove venissero gli spettri, e tanto più che cosa significassero quelle righe.

Le tre leggi di Kirchhoff

Il contributo più significativo alla spettroscopia venne dal fisico tedesco Kirchhoff, che nel 1859 enunciò tre leggi empiriche sui tre tipi di spettri allora conosciuti. Insieme al fisico Bunsen, che aveva ideato un fornello (il becco Bunsen) che sarebbe diventato uno degli strumenti simbolo della chimica, analizzò una fiamma contenente sali di litio e di altri elementi, facendo poi passare la luce sole attraverso di essa.


Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887);
fiamme al becco Bunsen di potassio (colore viola),
litio (porpora), stronzio (rosso), calcio (arancio) e sodio (giallo)

Le tre leggi di Kirchhoff sono le seguenti:

  1. un corpo denso (solido, liquido o gas ad alta pressione) incandescente genera uno spettro continuo.

  2. un gas rarefatto (quindi a bassa pressione) incandescente genera uno spettro ad emissione, ovvero un debolissimo spettro continuo con specifiche righe più brillanti del fondo.

  3. una sorgente che emette uno spettro continuo e un gas freddo posto davanti ad essa generano uno spettro di assorbimento, ovvero uno spettro continuo con specifiche righe scure, che corrispondono alle righe brillanti dello stesso gas incandescente.


fonte: M. Rieke,Fundamentals of Astronomy

< indietro | INDICE | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | avanti >

> astronomia di base
> approfondimenti di astronomia
> ritorna alla home page