Perché le stelle le vediamo bianche?

Vicine o lontane che siano, le stelle ci appaiono bianche.

Cielo1Se ne è meravigliato anche il mio cane ieri sera osservando le stelle lungomare. Una volta a casa, sdraiato sotto la scrivania, mi chiede  una spiegazione per poi riempirmi di altre domande.

Domanda numero 1)
Perché le stelle le vediamo bianche?
 
Effettivamente le stelle sembrano essere tutte bianche a prima vista. Ma non è proprio così. Basta, infatti, un canocchiale per notare che non tutte le stelle sono proprio bianche, bianche. Alcune sono un po’ gialline, altre di un arancio pallido.
Arturo, per esempio, rivela un colore arancione e Capella vagamente giallastro. Betelgeuse si veste di rosso. Mentre Sirio, appare di un colore bianco puro.

Tutto questo succede per colpa della distanza. E soprattutto dipende dai nostri occhi.
Può sembrare strano ma è proprio così.
Tranne che per le stelle più luminose, il nostro occhio non è in grado di percepire alcun colore definito. Le stelle più deboli ci appaiono indistintamente bianche, perché il nostro occhio perde efficienza nella percezione dei colori quando la luminosità è bassa. Lo dimostra il fatto che basta entrare in una stanza poco illuminata o in penombra per avere una visione quasi senza colori.

La spiegazione tecnica è che il nostro sistema visivo, l’occhio, è un recettore che non è in grado di rilevare che una piccola parte dello spettro elettromagnetico (lo spettro visibile) che va dal violetto al rosso. Inoltre all’interno di questo intervallo, non tutti i colori sono recepiti con la stessa facilità. Per cui, quando osserviamo il cielo con l’occhio, vediamo meglio le stelle bianche-gialle e peggio quelle di altri colori. Se poi facciamo una fotografia de cielo, saranno rilevate meglio stelle di altri colori a seconda della sensibilità della pellicola alle diverse frequenze.

Non ho fatto nemmeno in tempo a concludere questa spiegazione che subito il mio cane mi fa un’altra domanda, un po’ più complicata.

Domanda numero 2)
Come si misura la luminosità delle stelle?
 
La questione non è semplice – dico al mio cagnaccio che certe volte ho l’impressione che giochi a mettermi in difficoltà.

Ci sono voluti anni per dare una risposta alla domanda – gli rispondo.
La luce che la stella emette, durante il tragitto fino alla Terra, deve attraversare una quantità di materia interstellare che ne assorbe una parte (assorbimento interstellare).
La stessa atmosfera terrestre contribuisce a questo assorbimento. Per cui una stella che magari è più luminosa ma più lontana di un’altra, ci appare più debole.
Per questo motivo, per poter confrontare le stelle in base alla propria luminosità si deve far ricorso ad una scala. Una specie di metro, una unità di misura per poterle comparare. Ma quale scala?

Ci sono tre scale per misurare la luminosità delle stelle: la magnitudine apparente, assoluta e bolometrica. Ma ti parlerò solo delle prime due – dico al cane (ora viene il bello e voglio proprio vedere se quel sapientone di cane riesce a seguirmi).

Magnitudine  apparente:
Prima però, bisogna fare una distinzione tra luminosità e magnitudine.

Per molto tempo si è pensato che le stelle fossero incastonate sulla superficie interna di un’enorme sfera, tutte alla stessa distanza. Quindi era logico pensare che le stelle più brillanti fossero anche quelle più grandi.
Dal momento che si è scoperto come stanno effettivamente le cose, gli scienziati hanno  formulato alcune definizioni. Tra queste il concetto di luminosità e la magnitudine.

Per luminosità si intende la quantità di energia irradiata ogni secondo dalla stella (espressa in watt al metro quadrato).
La magnitudine è una scala.

Ora metto giù una formuletta facile facile tanto per dare una parvenza di professionalità a questo post.
I=L/4πr2
dove I  è la energia irradiata dalla stella che arriva a Terra, L è la energia emessa dalla stella nell’unità di tempo, r è la distanza della stella.

La luminosità misurata dalla Terra, dipende, quindi dalla quantità di energia che essa irradia, ed è inversamente proporzionale al quadrato della sua distanza dall’osservatore.

Si attribuisce il valore di magnitudine apparente “1” alla stella che in cielo appare più luminosa e “6” a quella più debole visibile ad occhio nudo.

Ovviamente la scala delle magnitudini non termina con la classe 6 ma prosegue indefinitamente mediante rapporti di luminosità infiniti.
Attualmente gli oggetti più deboli mai osservati sono stati fotografati dall’Hubble Space Telescope e hanno una magnitudine apparente pari a 30.

Questa scala ha molti limiti. Infatti non tiene conto della composizione intrinseca della stella.
Inoltre la risposta dell’occhio umano (cioè la sensazione di luce) ad uno stimolo luminoso non è lineare ma può essere descritta come  una funzione logaritmica.
Tanto per farmi capire, non è vero che più lampadine accendiamo in una stanza tanto più vediamo meglio. Esiste una soglia alla bassa luminosità, e poi un andamento che va a saturarsi (curva di colore rosso).

magnitudine apparente1

Con la formuletta indicata in figura (I è la energia della stella), che rappresenta la differenza di luminosità tra due stella è possibile  calcolare la magnitudine apparente (m1) del Sole .
m1 – m2 = -2,5*log(I1/I2)  (equazione di Pogson)
se prendimo come riferimento I2=1 (m2=magnitudo 6)
m1 = -2.5*Log(I)
m1 = -26.85   (magnitudine apparente del Sole)
Lo so, non serve a niente nella vita quotidiana, ma io ve la dico lo stesso.

Magnitudine assoluta
Poiché la luminosità apparente di una stella dipende dalla sua distanza, e sappiamo quanto è complicato determinare la distanza di una stella, gli studiosi per poter essere in grado di confrontare le stelle fra loro indipendentemente dalla loro distanza, si sono dovuti inventare una scala di magnitudini anch’essa indipendente dalla distanza.

Ed è per questo che è stata introdotta la scala della magnitudine assoluta.
La magnitudine  assoluta  misura la luminosità che avrebbero gli astri se fossero tutti alla distanza (arbitraria) di 10 Parsec dalla Terra.

Parsec? Che roba è?
State calmi. Non è necessario che lo impariate. Lo dico solo per completare la definizione.

1  Parsec (PARallasse per SECondo d’arco) è la distanza da cui il semiasse maggiore dell’orbita terrestre sottende un angolo di 1 secondo d’arco ed equivale a 3,26 anni luce.

La relazione logaritmica che lega la magnitudine apparente (m) a quella assoluta (M) è:
M = m + 5 -5*log(d)
dove d è la distanza della stella in Parsec.
Complicato ? Mica tanto.
Con questa formuletta siamo in grado di calcolare la luminosità assoluta del sole.
M = 4,72  (magnitudine assoluta del Sole)
Anche questo non vi servirà nella vita quotidiana. Ma ora lo sapete.

Da questa relazione si vede che se si conosce la distanza di una stella se ne può determinare la magnitudine assoluta; viceversa se si conosce la magnitudine assoluta si può risalire alla distanza, e questo è quello che ci permettono di fare le variabili cefeidi.

Cefeidi? Altra bestemmia?
No. Le cefeidi sono stelle variabili, che “pulsano” come lucciole, cambiando cioè periodicamente la loro luminosità, passando gradualmente da una fase di minimo splendore a una di massimo. La stella Polare è una cefeide.
In definitiva le cefeidi sono stelle instabili. Si gonfiano e si sgonfiano periodicamente, variando così le loro dimensioni. È proprio questo fenomeno a causare la variazione di luminosità.

In definitiva.
Tramite le magnitudini assolute è possibile confrontare le luminosità intrinseche delle stelle, indipendentemente dalla loro distanza. Ad esempio, la stella che ci appare più luminosa è senza dubbio il Sole, che ha una magnitudine relativa di -26,8 ma una magnitudine assoluta di 4,8, per cui il nostro Sole è una stella media, meno luminosa di Vega (alfa-Lirae), che ha una magnitudine relativa di 0,04 ma una magnitudine assoluta di 0,5.

luminosità assoluta

Domanda numero 3)
Di che colore sono le stelle?

Questo ve lo dico nel prossimo post.
Per oggi basta così. Ho abusato troppo della vostra attenzione e pazienza (chi ce l’ha avuta). Al mio cane gli è venuto anche il mal di testa.

Intanto la prossima volta che vi capita di guadare il cielo in una notte senza Luna e
lontano da fonti luminose, fate caso ai colori delle stelle. Poi mi dite quanti colori avete osservato nella prossima puntata e scopriremo se avete visto bene.

Il colore delle stelle

Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
Questa voce è stata pubblicata in Astronomia, Universo e contrassegnata con . Contrassegna il permalink.

11 risposte a Perché le stelle le vediamo bianche?

  1. Elisabetta Lelli ha detto:

    È meraviglioso, questo articolo. Peccato che rechi un solo titolo…
    Tu sei mentore di Bleff, l’attento astrofisico che (chissà?) potrebbe “rubare” il Nobel a Margherita, un giorno🙂

    Abbracci. Ma tanti!

    Mi piace

    • bruce ha detto:

      Si può benissimo dire che io e il mio cane passiamo assieme l’intera giornata, mentre tutti gli altri membri della famiglia lavorano.
      Non è solo compagnia reciproca. E’ affiatamento, comprensione. Ci guardiamo anche negli occhi. E so anche cosa vuole prima che me lo chieda abbaiando.
      Lo sai che gli piace anche la musica? Brian Eno, però, mentre montavo il video, l’ha fatto addormentare😆
      Un abbraccio e un bau bau da Bleff

      Mi piace

      • Elisabetta Lelli ha detto:

        C’è qualcosa di ineffabile e di magico nel rapporto che abbiamo con i nostri amici animali… che poi, di “magico” non v’è nulla, a parte il fatto che loro, a differenza nostra, non hanno bisogno di domandare. Sanno preventivamente tutto quel che c’è da sapere.

        Un abbraccio fortissimo a te, Sil caro e tante coccole all’attento osservatore❤

        Mi piace

        • bruce ha detto:

          Ti racconto un episodio di ieri sera, anzi di ieri notte.
          L’ho portato in un campetto dove poteva correre liberamente. Nella oscurità vedo comunque che si agita e saltella. Cosa c’è – mi domando.
          Poi viene da me di corsa con qualcosa in bocca come i bambini che vogliono far vedere cosa hanno preso.
          Era un riccio.
          Ho provato a toglierlo. Niente, si è allontanato giusto quel tanto per stare tranquillo. Adesso lo fa secco – mi dico – e forse se lo mangia anche.
          Invece ci gioca un po’ e poi ….. lo lascia sano e salvo.
          Questo è il pitbull. Il cane assassino.
          Un abbraccio

          Mi piace

  2. MARGHIAN ha detto:

    “la distanza”… avevo ragione, io!🙂
    Ciao Bruce. Ho riflettuto spesso su “perche’ le stelle ci appaiano tutte bianche” nonostante ci sia una gamma di colorazioni diverse, fra “giganti rosse” eccetera.

    Ho concluso che ..stelle che si trovano distantissime, in termini di anni-luce, per il nostro occhio sono tutte di colore bianco. Marte, piu’ vicino, riusciamo a vederlo “rossastro”. Ciao, e complimenti a Blef.

    Mi piace

  3. MARGHIAN ha detto:

    Non servira’ per la vita quotidiana, pero’..sapere qualcosa su “magnitudini apparenti ed assolute” delle stelle, “parsec”(sapevo che volesse dire “parallasse per secondo d’arco”). e ricordavo anche “3,6 anni-luce”. Non sara’ utile per la vita di tutti i giorni, pero’ (a parte il fatto che secondo me non si deve vivere solo “di quello che ci serve per mangiare”, un po’ il famoso adagio che dice “non di solo pane vive l’uomo…”) credo serva anche sapere delle cose.

    E ci sono poi stelle tipo “Mira Ceti”, e stelle “giganti blu”, che stanno fuori “dalla sequenza principale”, “bruciano elio” e non idrogeno ed hanno una vita di dieci o cento milioni di anni.

    Ho provato a cercare di vedere colori diversi dal bianco, e mi e’ parso di vedere qualche stella “azzurrognola”. Pero’, ad un certo punto, vedevo che anche altre stelle diventavano bluastre. Credo che si tratti pero’ di una illusione, perche’ la tenzenza e’ quella di “vedere il colore bianco”.

    Ciao Bruce.

    Mi piace

    • bruce ha detto:

      Ciao marghian, la frase che questi numeri non servono a nulla nella vita quotidiana me la sono sentita dire molto spesso, e mi fa piacere che l’hai commentata. Perchè effettivamente fra un giorno li avremo già dimenticati, ma sono di “rafforzativo” di un concetto che altrimenti scorrerebbe via con poca attenzione e non resterebe nulla nella mente.

      Ho finito di scrivere la seconda parte, semplice semplice, sul colore delle stelle, che posterò fra un paio di giorni, poi ci sarà una terza parte conclusiva che dovrebbe chiudere il cerchio su questo argomento sul colore delle stelle e della loro luminosità.
      Ora che ci penso ci faccio entrare anche qualche idea che mi hai dato.
      ciao e un caro saluto

      Mi piace

      • MARGHIAN ha detto:

        Ciao Bruce. Interessanti questi calcoli sulle magnitudini-apparente, relativa, assoluta-.Capisci benissimo che coloro che pensano che “queste cose non servono” fanno uso, senza saperlo, proprio di queste cose. Una risonanza magnetica? E’ un derivato degli studi scientifici condotti per decenni anche dalla NASA e da altre industrie spaziali. Un robot per l’esplorazione dello spazio diventa poi un “drone” che ci salva la vita se siamo travolti da una valanga o in mezzo ad una alluvione; un acceleratore di particelle, una di quelle “diavolerie” che pero’ combattono i tumori, e particelle di antimateria- i positroni- vengono usati per la “TEP” (Terapia ad Emissione di Positroni), una tac molto migliore della tac. Studiare come sono fatte le stelle, quante sono (non certo come numero “esatto” ma come numero ^impressionante) credo che, invece di disturbare la vita quotidiana, invece la arricchisce. Non immaginiamo quanto siano utili le ricerce in campo astronomico ed aerospaziale, quanta ricaduta avra’ nel tempo l’acceleratore LHC ed altri che verranno costruiti. La scienza allarga gli orizzonti, insomma. Vero che “La relazione logaritmica che lega la magnitudine apparente (m) a quella assoluta (M) è: M = m + 5 -5*log(d)” sarebbero cose per “addetti ai lavori” o per chi ha compiuto certi studi; pero’, cercare quanto meno di fissarsi in testa grandezze come la “massa”, “la distanza”, “l’attrazione gravitazionale” ed altri concetti, che sono poi “l’alfabeto” dell’astrofisica, e’ una cosa che, pur con dei limiti dovuti alla “ignoranza in materia”-come la mia, rispetto a chi ne sa a certi livelli-, rende tutto piu’ comprensibile. Allora magari si riesce a capire quanto sia utile, anche sono a titolo di “cultura personale”, saperne un po’ di piu’, e ci si riesce proprio se la materia comincia ad interessare ed a piacere. E piu’ ti piace, piu’ ti rimane in testa-come dicevano i nostri nonni-.

        La divulgazione scientifica, quella fatta bene, si occupa anche di queste cose (e non solo di diete, di animali o di ambiente). Un motivo ci sara’, credo. La scienza e’ bella, un po’ complessa, ma proprio per questo…. Ciao Bruce.

        Marghian

        Mi piace

        • bruce ha detto:

          Ciao marghian, come al solito, sempre un bel commento.
          Le formule sono esplicative, meglio di cento parole. E’ per questo che ogni tanto le inserisco, fanno capire concetti che diversamente scorrono veloci nella lettura e non rimane nulla nella testa.
          Non è necessario ricordarle, ma sono la prova provata di ciò che stai trattando. Al contrario di molti ragionamenti basati sul nulla che lasciano spazio a interpretazioni di ogni genere.
          Insomma le formule sono lo strumento per scoprire e capire i segreti della natura.
          Ciao

          Mi piace

  4. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Bruce. io uso anche l’intuizione, come spesso hai notato ed io ti ho fatto notare. Ma prima di pensare “e’ cosi'” verifico se c’e qualche formalismo matematico che mi da’ ragione. Per esempio, da ragazzo intuii che se c’era un elettrone c’era una particella di segno opposto (l’antimateria, ma non la chiamavo cosi’). E, prima di pensare che davvero e’ cosi’, ho aspettato di leggere che Dirac aveva teorizzaato l’antielettrone. “Non e’ che l’universo, una volta che si e’ espanso al massimo, si contrae perche’ ad un certo punto la gravita’ prevale sulla forza di spinta dell’espansione?”, come dissi una volta, in una riunione tipo conferenza, dove si parlava di scienza e di astronomia. “E’ possibile, certo,”, mi disse un relatore, “certi scienziati lo ritengono possibile…” “Certi scienziati”. Allora credetti che la mia intuizione avesse quantomeno un fondamento logico. Non conoscendo bene il formalismo matematico, “chiedo” a chi ne sa, per verificare l’esattezza delle mie intuizioni o a prescindere da queste. Oppure guardo se c’e una conferma sperimentale. In definitita, sono la matematica e la sperimentazione a dire l’ultima parola (ed a proporne delle altre…). Ciao.

    Marghian

    Mi piace

Il tuo commento

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...