lunedì 24 febbraio 2014

Molte onde, una sola luce

Abbiamo detto spesso che parlare di luce o parlare di onde elettromagnetiche è la stessa identica cosa. Le onde elettromagnetiche sono il risultato dell'interazione tra due particelle cariche elettricamente. Tali onde viaggiano ad una velocità pari a 300 mila chilometri al secondo (nel vuoto, almeno).
Ora, un'onda elettromagnetica, come tutte le onde, avrà una lunghezza d'onda. Che poi è lo stesso che dire che avrà una frequenza.
Questi sono concetti comuni di cui spesso si ascolta e, magari senza aver compreso bene bene, si ripete. Allora facciamo chiarezza sui concetti di lunghezza d'onda e frequenza.
Cos'altro meglio di una immagine per spiegare questi concetti? Eccola qua:

http://www.elemania.altervista.org

Dunque la lunghezza d'onda è la distanza tra due massimi in ampiezza (o due minimi). La frequenza è il numero di oscillazioni che avvengono in un secondo cioè quante volte, in un secondo, passano due massimi dell'onda in un certo punto (o due minimi). Ovviamente queste due quantità sono intimamente legate tra loro. Come?
Due onde elettromagnetiche possono avere diverse lunghezze d'onda (o frequenze) ma hanno una cosa in comune: viaggiano entrambe a 300 mila chilometri al secondo, alla stessa velocità. Cioè dopo un certo tempo hanno percorso la stessa distanza.
Ecco un'analogia se volete: voi ed un vostro amico fate una gara di camminata veloce. Però voi fate dei passi più corti di quelli del vostro amico (che li fa più lunghi). Nonostante ciò, però, siete sempre alla pari nella gara. L'unica spiegazione possibile è che lui, i suoi passi lunghi, li fa più lentamente; mentre voi, i vostri passi corti, li fate più velocemente.
Perciò, il vostro amico ha una lunghezza d'onda (la lunghezza del passo) maggiore della vostra ma una frequenza (il numero di passi nell'unità di tempo) minore. Tutto questo vale perché state andando alla stessa velocità entrambi e quindi è possibile fare questo tipo di ragionamento.

Per le onde elettromagnetiche accade la stessa identica cosa della vostra gara di camminata veloce. Abbiamo onde lunghe e corte o, se volete, a bassa e alta frequenza rispettivamente. Ma sempre di onde elettromagnetiche stiamo parlando. Cioè, di luce.
Solitamente si parla di luce solo quando la vediamo. Ma in generale quando si parla di luce si parla di tutti i tipi di onde elettromagnetiche. Quindi anche le onde radio (grande lunghezza d'onda, bassa frequenza) sono luce. E anche i raggi X e i raggi gamma (entrambi piccole lunghezze d'onda, alta frequenza). L'unica cosa che differenzia queste onde è la loro lunghezza d'onda (o la frequenza, che è la stessa cosa). Ma viaggiano tutte alla stessa velocità, la velocità della luce.

Ma perché vi sto raccontando tutto questo oggi? Perché gli atomi emettono luce a causa di varie interazioni che ad esempio possono coinvolgere gli elettroni. Ma non tutte le interazioni sono uguali. Quindi abbiamo luce a diverse lunghezze d'onda che viene emessa a secondo del fenomeno fisico che avviene.

Tutto questo è importante? Certo! I nostri occhi sono sensibili solo alla luce visibile, quella dei colori dell'arcobaleno, per intenderci. Non riusciamo a vedere le onde radio o i raggi X. O la radiazione ultravioletta o gli infrarossi.
E magari avere un quadro completo della situazione a tutte le lunghezze d'onda è importante per studiare i fenomeni che avvengono nell'universo e comprendere parecchie cose.

Dunque i nostri occhi e gli usuali telescopi con lenti e specchi non bastano. Ci vogliono strumenti speciali, telescopi particolari in grado di catturare delle immagini a lunghezze d'onda diverse da quelle a cui siamo giocoforza abituati. E grazie a tutto ciò gli astrofisici possono fare luce su quello che accade molto lontano da noi, nell'universo.

Vi faccio un esempio. Prendete la Via Lattea, la nostra galassia. Nel cielo notturno non sembra altro che una striscia oscura, una specie di nuvola che brilla di una luce particolare.

http://images.nationalgeographic.com

O almeno questo è quanto vedono i nostri occhi. Cosa accade alle altre lunghezze d'onda?
Fantastica domanda!
Se volete davvero scoprirlo allora cliccate sul seguente link (http://www.chromoscope.net) e scoprirete che la nuvola oscura poi tanto oscura non è se guardata alla giusta lunghezza d'onda. E scoprirete che, sì, anche il centro, il cuore della Via Lattea diventa accessibile se guardato con i giusti occhi.

Insomma, è davvero importante non fermarsi ad una semplice analisi delle immagini astronomiche bensì osservare gli oggetti astrofisici ad diverse lunghezze d'onda per avere un'idea il più precisa possibile dei fenomeni in gioco.

Quindi, quando sentirete parlare di un nuovo telescopio in orbita o di un nuovo luogo per un nuovo telescopio costruito qui sulla Terra, non fermatevi alle apparenze. Da bravi lettori di Quantizzando chiedete subito: "E questo nuovo telescopio, a quali lunghezze d'onda osserva?".

Non solo farete bella figura; sicuramente l'astrofisico, che vi starà guidando nella visita del luogo in cui verrà costruito il telescopio o che starà elencando le principali caratteristiche del nuovo gioiellino da lanciare nello spazio, vi spiegherà anche perché quel telescopio osserverà a quelle lunghezze d'onda. E (forse) la vostra (nostra!) infinita sete di conoscenza sarà placata.
Almeno per un po'.