In che modo gli astronomi usano la luce?

Quando gli osservatori delle stelle escono di notte per guardare il cielo, vedono la luce proveniente da stelle, pianeti e galassie distanti. La luce è cruciale per la scoperta astronomica. Sia che provenga da stelle o altri oggetti luminosi, la luce è qualcosa che gli astronomi usano sempre. Gli occhi umani "vedono" (tecnicamente, "rilevano") la luce visibile. Questa è una parte di uno spettro più ampio di luce chiamato spettro elettromagnetico (o EMS), e lo spettro esteso è ciò che gli astronomi usano per esplorare il cosmo.

Lo SME comprende l'intera gamma di lunghezze d'onda e frequenze di luce che esistono: onde radio, microonde, infrarosso, visivo (ottico), ultravioletti, raggi X e raggi gamma. La parte che gli umani vedono è un frammento molto piccolo dell'ampio spettro di luce che viene emesso (irradiato e riflesso) dagli oggetti nello spazio e sul nostro pianeta. Ad esempio, la luce del Luna è in realtà la luce del Sole che viene riflessa da esso. I corpi umani emettono anche (irradiano) infrarossi (a volte indicati come radiazioni di calore). Se le persone potessero vedere nell'infrarosso, le cose sembrerebbero molto diverse. Altre lunghezze d'onda e frequenze, come i raggi X, vengono emesse e riflesse. I raggi X possono passare attraverso gli oggetti per illuminare le ossa. La luce ultravioletta, che è anche invisibile all'uomo, è piuttosto energica ed è responsabile della pelle bruciata dal sole.

Gli astronomi misurano molte proprietà della luce, come la luminosità (luminosità), l'intensità, la sua frequenza o lunghezza d'onda e la polarizzazione. Ogni lunghezza d'onda e frequenza della luce consente agli astronomi di studiare gli oggetti nell'universo in diversi modi. La velocità della luce (che è 299.729.458 metri al secondo) è anche uno strumento importante per determinare la distanza. Ad esempio, il Sole e Giove (e molti altri oggetti nell'universo) sono emettitori naturali di frequenze radio. I radioastronomi osservano tali emissioni e apprendono le temperature, le velocità, le pressioni e i campi magnetici degli oggetti. Un campo della radioastronomia è focalizzato su cercando la vita su altri mondi, trovando tutti i segnali che possono inviare. Questa è chiamata ricerca dell'intelligenza extraterrestre (SETI).

I ricercatori di astronomia sono spesso interessati a la luminosità di un oggetto, che è la misura di quanta energia emette sotto forma di radiazione elettromagnetica. Questo dice loro qualcosa sull'attività dentro e intorno all'oggetto.

Inoltre, la luce può essere "dispersa" dalla superficie di un oggetto. La luce diffusa ha proprietà che dicono agli scienziati planetari quali materiali compongono quella superficie. Ad esempio, potrebbero vedere la luce diffusa che rivela la presenza di minerali nelle rocce della superficie marziana, nella crosta di un asteroide o sulla Terra.

La luce infrarossa viene emessa da oggetti caldi come protostelle (stelle che stanno per nascere), pianeti, lune e oggetti nani marroni. Quando gli astronomi puntano un rivelatore a infrarossi verso una nuvola di gas e polvere, ad esempio, la luce infrarossa proveniente dagli oggetti protostellari all'interno della nuvola può passare attraverso il gas e la polvere. Questo dà agli astronomi uno sguardo all'interno del vivaio stellare. L'astronomia infrarossa scopre le giovani stelle e cerca mondi non visibili nelle lunghezze d'onda ottiche, incluso asteroidi nel nostro sistema solare. Dà anche loro una sbirciatina in luoghi come il centro della nostra galassia, nascosti dietro una fitta nuvola di gas e polvere.

La luce ottica (visibile) è il modo in cui gli umani vedono l'universo; vediamo stelle, pianeti, comete, nebulose e galassie, ma solo in quella ristretta gamma di lunghezze d'onda che i nostri occhi possono rilevare. È la luce che ci siamo evoluti per "vedere" con i nostri occhi.

È interessante notare che alcune creature sulla Terra possono anche vedere nell'infrarosso e nell'ultravioletto, e altre possono percepire (ma non vedere) campi magnetici e suoni che non possiamo percepire direttamente. Conosciamo tutti i cani che possono sentire suoni che gli umani non possono sentire.

La luce ultravioletta viene emessa da processi energetici e oggetti nell'universo. Un oggetto deve avere una certa temperatura per emettere questa forma di luce. La temperatura è correlata ad eventi ad alta energia, quindi cerchiamo emissioni di raggi X da oggetti ed eventi come stelle di nuova formazione, che sono piuttosto energiche. La loro luce ultravioletta può lacerare molecole di gas (in un processo chiamato fotodissociazione), motivo per cui spesso vediamo stelle neonate che "mangiano via" alle loro nuvole di nascita.

I raggi X sono emessi da ANCORA PIÙ processi e oggetti energetici, come ad esempio getti di materiale surriscaldato in streaming lontano dai buchi neri. Anche le esplosioni di supernova emettono radiografie. Il nostro Sole emette enormi flussi di raggi X ogni volta che erutta un bagliore solare.

I raggi gamma sono emessi dagli oggetti e dagli eventi più energici dell'universo. Quasars e esplosioni di ipernova sono due buoni esempi di emettitori di raggi gamma, insieme al famoso "lampi di raggi gamma".

Gli astronomi hanno diversi tipi di rivelatori per studiare ognuna di queste forme di luce. I migliori sono in orbita attorno al nostro pianeta, lontano dall'atmosfera (che influenza la luce mentre attraversa). Ci sono alcuni ottimi osservatori ottici e infrarossi sulla Terra (chiamati osservatori terrestri) e si trovano ad altitudine molto elevata per evitare la maggior parte degli effetti atmosferici. I rivelatori "vedono" la luce che entra. La luce potrebbe essere inviata a uno spettrografo, che è uno strumento molto sensibile che rompe la luce in entrata nelle sue lunghezze d'onda componenti. Produce "spettri", grafici che gli astronomi usano per comprendere le proprietà chimiche dell'oggetto. Ad esempio, uno spettro del Sole mostra linee nere in vari punti; quelle linee indicano gli elementi chimici che esistono nel Sole.

La luce non viene utilizzata solo in astronomia ma in una vasta gamma di scienze, compresa la professione medica, per scoperta e diagnosi, chimica, geologia, fisica e ingegneria. È davvero uno degli strumenti più importanti che gli scienziati hanno nel loro arsenale di modi in cui studiano il cosmo.