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l'universo in un raggio di luce

COME LA SPETTROSCOPIA HA CAMBIATO L'ASTRONOMIA

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9. l'effetto Doppler in astronomia

Nel 1842 il fisico austriaco Doppler aveva studiato l'effetto di una sorgente acustica in movimento: in base alla differenza di tono possiamo sapere se una sorgente si sta avvicinando (suono più acuto) o allontanando (suono più grave) da noi. 


Cristian Doppler (1803-1853)

Doppler sosteneva che ci potesse essere un effetto ottico simile, ovvero che la lunghezza d'onda della luce in un corpo in avvicinamento dovesse spostarsi verso il viola e in un corpo in allontanamento dovesse spostarsi verso il rosso. Naturalmente alle basse velocità l'effetto è trascurabile, in effetti noi vediamo la luce di un'ambulanza in movimento sempre dello stesso colore. Ma quando riceviamo la luce da sorgenti celesti abbiamo a che fare con velocità maggiori: poter sapere in qualche modo se un corpo si sta avvicinando o allontanando sarebbe molto utile, perché il moto che noi possiamo misurare con l'osservazione della posizione è solamente quello trasversale.


fonte: Elaine Fortin, Harvard

           

Sappiamo che determinate combinazioni di righe sono specifiche di alcuni elementi chimici: se noi ritroviamo le stesse combinazioni di righe spostate verso destra o verso sinistra, significa che le corrispondenti lunghezze d'onda sono aumentate o diminuite della stessa quantità: ma questo è proprio quello che accade per effetto Doppler quando una sorgente è in movimento! Prendiamo per riferimento una sorgente stazionaria. Se in sorgenti fisicamente simili per temperatura e composizione osserviamo le stesse righe spostate verso il blu (il cosiddetto blue shift) possiamo dedurre che la sorgente si sta avvicinando verso di noi; se osserviamo le stesse righe spostate verso il rosso (il cosiddetto red shift) possiamo dedurre che la sorgente si sta allontanando.
  

LA MISURA DELLE VELOCITA' RADIALI

Oltre alla direzione dello spostamento l'effetto Doppler ci dà la possibilità di misurare la velocità radiale della sorgente. Infatti questa è direttamente proporzionale allo spostamento delle righe.

  • Per basse velocità vale la relazione:
    Δl / l = v / c

  • Se le velocità sono relativistiche vale la relazione:
    Δl / l = v / [ c ( 1 - (v/c)2 )½

dove v è la velocità radiale della sorgente, c è la velocità della luce, Δl lo spostamento rilevato della lunghezza d'onda l.


fonte: Edward L. Wright, UCLA

Il primo ad effettuare la misurazione dello spostamento Doppler nelle righe spettrali delle stelle fu William Huggins, che nel 1868 stimò per Sirio una velocità di allontanamento di 47 Km/s. Due anni prima lo stesso Huggins, osservando lo spettro di una supernova apparsa nella Corona Boreale, aveva compreso che le supernovae sono stelle che esplodono emettendo gas incandescenti e non stelle in veloce avvicinamento e successivo allontanamento, come fino ad allora si pensava.

L'effetto Doppler è stato da tempo utilizzato per scoprire le stelle doppie, le cosiddette binarie spettroscopiche. Ultimamente è il metodo che ha permesso di scoprire la maggior parte dei pianeti extrasolari: analizzando la luce proveniente dalla stella intorno alla quale orbitano corpi per noi invisibili, è possibile misurare il periodo di rivoluzione (e quindi la distanza con la legge di Keplero) nonché stimare la massa del pianeta.


Lo spostamento ciclico delle righe verso il rosso e verso il blu nello spettro
di una stella può essere il segnale che intorno ad essa ruota un pianeta
fonte: La ricerca dei pianeti extrasolari (Massimo Angeletti, Crab Nebula Tolentino)

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