Perché le stelle scintillano?

Bella domanda.

Di solito si parte da un presupposto ben preciso quando si guarda il cielo, ovvero che le stelle scintillano mentre i pianeti no. E quindi già da questo chiunque può riconoscere se quell’oggetto luminoso lì in cielo è un pianeta o una stella.

Ma ora: perché le stelle scintillano e perché i pianeti no? La colpa è dell’aria. Già, proprio così. Abbiamo già visto con l’esperimento dell’uovo nella bottiglia che l’aria ha un peso abbastanza importante. D’altronde, se da un lato ci permette di vivere, dall’altro è un serio problema per gli astrofisici. Infatti l’atmosfera non è qualcosa di statico ferma lì ad aspettare gli essere viventi, bensì è in continuo movimento generando turbolenze, ci sono differenze di temperatura a diverse altezza da Terra e così via.
Tutto questo comporta un’instabilità delle immagini che vengono osservate attraverso uno strumento ottico. Che sia il più grande dei telescopi o il nostro occhio.

Dunque in sostanza, quello che accade è che la luce proveniente da una stella non segue un traiettoria “tranquilla” fino al nostro occhio ma subisce continui fenomeni di rifrazione (una cosa che abbiamo già visto in quest’altro fenomeno). Questo in sostanza avviene quando la luce passa da un sostanza all’altra durante il suo tragitto. In questo caso essa passa attraverso diverse situazioni di densità e temperatura da quanto parte dalla stella che stiamo osservando sino al nostro occhio sulla Terra. In pratica la luce viene deviata dalla direzione originale istante per istante, proprio a causa delle condizioni variabili dell’atmosfera. Ovviamente si tratta di piccole deviazioni e quindi alla fine riusciamo a localizzare la stella in punto preciso del cielo tuttavia notiamo che le stelle scintillano.

Dunque abbiamo imparato che questo fenomeno è essenzialmente imputabile all’atmosfera terrestre. E infatti questo fenomeno si chiama scintillazione atmosferica.

Possiamo anche notare che le stelle vicino l’orizzonte sembrano scintillare maggiormente rispetto a quelle più alte nel cielo per il semplice motivo che devono attraversare uno strato più spesso di atmosfera (e quindi più fenomeni di rifrazione in gioco).

Allora siamo pronti per la domanda finale: perché i pianeti non scintillano? Qui entra in gioco un altro fattore importante che viene spesso dimenticato da diverse persone (ad esempio viene ignorato dagli astrologi, quelli degli oroscopi!): la distanza degli oggetti da noi.

Le stelle sono molto più distanti dei pianeti. Ma che dico molto, moltissimo. Ma che dico moltissimo, moltissimo di più.

I pianeti fanno parte del Sistema Solare di cui facciamo parte anche noi. Per esempio Saturno dista dal Sole circa un milardo e mezzo di chilometri. La stella più vicina al Sole dista circa 40 mila miliardi di chilometri (ed è la più vicina, pensate le altre stelle!).

Dunque il punto è che le stelle appaiono come puntini proprio perché sono lontanissime. I pianeti invece sono relativamente più vicini e infatti possiamo osservare con più dettaglio la loro superficie e li vediamo come piccoli dischi. Questo vuol dire che la luce proveniente dai pianeti (che non è altro che la luce che essi riflettono dal Sole, i pianeti non brillano di luce propria!) è estesa su di una superficie e quindi il fenomeno di scintillazione atmosferica, pur essendo presente, non è visibile come nel caso delle stelle. Dunque, essendo la luce dei pianeti “spalmata” su un disco, il risultato finale è un’immagine parecchio più stabile di quella delle stelle.

Come si può risolvere questo problema? O eliminiamo l’atmosfera, che non mi sembra una buonissima idea oppure andiamo noi al di fuori dell’atmosfera. Come? Semplice, con un telescopio spaziale. Infatti questa è la forza del Telescopio Spaziale Hubble, il suo essere nello spazio! Infatti il suo specchio principale ha un diametro di circa 2.4 metri, molto meno dei telescopi terrestri che hanno specchi con diametro spesso di parecchie decine di metri.

Hubble Space Telescope nello spazio…appunto!

Per quanto riguarda i telescopi terrestri ci sono diverse tecniche per cercare di risolvere tale problema. Per esempio l’utilizzo di ottiche adattive. Per capire meglio questo concetto, dovete pensare che i telescopi ospitati nelle grandi cupole bianche hanno degli specchi come questo:

Telescopio dell’osservatorio Keck, Mauna Kea, Hawaii (USA).

In pratica lo specchio principale è formato da diversi pezzi che hanno la possibilità di muoversi a seconda delle condizioni atmosferiche che persistono. Come fanno i vari tasselli a capire come muoversi. Ci vorrebbe una stella di cui si conoscono perfettamente le deformazioni causate dall’atmosfera. Siccome tale stella non esiste, se ne costruisce una artificiale (una stella guida) tramite l’utilizzo di un laser, come mostrato nell’immagine che segue:

Laser per stella guida al Very Large Telescope, Cerro Paranal, Cile

Wow! Ecco perché la scienza è fantastica. Siamo partiti da una domanda apparentemente innocua per arrivare ad acclamare i prodigi della tecnica come il telescopio spaziale Hubble o l’utilizzo di ottica adattiva per lo sviluppo dell’astrofisica con telescopi sulla Terra. Insomma la scienza fa passi da gigante e l’impulso a capire sempre meglio l’universo in cui viviamo fornisce anche stimoli alla tecnologia per progredire.
Questo non vuol dire che dobbiamo fare scienza per far avanzare la tecnologia. Dobbiamo fare scienza, punto. Perché è quello che rende umani.

Adesso arriva l’estate. Passeremo parecchie notti ad osservare il cielo, magari anche in maniera romantica. Probabilmente vi capiterà di vedere stelle e pianeti. Bene, ora che sapete riconoscerli non vi resta che diffondere a chi si fosse perso questo post ciò che voi ora sapete.

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