venerdì 22 febbraio 2019

Anche le stelle hanno un'atmosfera, di Rosa M Mistretta

Le stelle: oggetti misteriosi che si lasciano intervistare solo a distanza. Ma anche per questo sono affascinanti...L'atmosfera di una stella non può essere definita alla stregua dell'atmosfera terrestre, essendo la stella un corpo interamente gassoso.Anche le stelle, però, sono circondate da un'atmosfera bizzarra.Vediamone le caratteristiche......

Meccanismi stellari
La stella è una massa di gas incandescente autogravitante a simmetria sferica, in equilibrio in modo che la pressione interna, che comprime gli strati verso l'esterno, si contrapponga alla pressione gravitazionale. E' un sistema che raggiunge temperature molto elevate (da 3000 gradi K, le più fredde, a circa 50.000 gradi K, le più calde) ed emette energia per irraggiamento, che è continuamente rifornita da una sorgente centrale d'origine termonucleare, sufficiente per mantenere la luminosità stellare.
la scuola del sapere
IL SOLE

Lo strato più esterno da cui provengono le radiazioni luminose è l'atmosfera stellare, la cui altezza varia secondo le caratteristiche fisiche intrinseche. L'atmosfera del Sole, ad esempio, è profonda circa 100 chilometri mentre in stelle più calde misura approssimativamente 1000 chilometri ed è, quindi, solo uno strato superficiale rispetto all'intera massa del corpo celeste: se si compara ad una mela, essa corrisponde allo spessore della buccia.
LA SCUOLA DEL SAPERE
ECLISSI SOLARE

Dagli strati più esterni dell'atmosfera sono emesse particelle fotoniche, che sollecitano l'occhio ed i rivelatori terrestri, e inviano tutte le informazioni chimico-fisiche inerenti ad una stella. Poiché gli strati esterni di una stella emettono radiazioni elettromagnetiche a differenti lunghezze d'onda, è possibile, attraverso l'analisi dello spettro elettromagnetico, risalire alla composizione chimica dei gas componenti. L'analisi degli spettri è l'unica sorgente d'informazioni a riguardo della natura delle atmosfere stellari e permette un approccio quantitativo in termini di parametri fisici (composizione chimica, densità, pressione e temperatura della stella), parallelamente ad uno studio qualitativo, che riunisce le stelle in classi spettrali secondo la presenza o dell'assenza d'alcuni elementi chimici. Per primo fu Lucrezio nel "De Rerum Natura" (libro V, vv 609-612) a spiegare l'intuitiva presenza di un alone intorno al Sole, una sorta di spettro lucente e misterioso..."Forsitans et rosea sol altae lampade lucens, /possideat multum caecis fervoribus ignem/circum se, nullo qui sit fulgore notatus/ aestifer ut tantum radiorum exaugeat ictum"
La stella, schematicamente, è costituita da uno strato profondo di gas incandescente ad alta pressione relativamente denso che produce uno spettro di radiazioni che ha tutti i colori dell'arcobaleno (spettro continuo) e da uno strato più esterno, più freddo e più rarefatto rispetto a quello interno. Il gas caldo è trasportato in superficie ed il gas freddo si trasferisce a sua volta negli strati inferiori: l'energia termica tende a defluire. La stella si comporta esattamente come una pentola d'acqua che bolle: la differenza di temperatura genera delle differenze di densità, cioè le parti più calde diventano meno dense e salgono, mentre quelle più fredde scendono. Si formano, così, dei moti circolari, meccanismi di trasporto di flussi che avvengono poiché negli strati ci sono bolle calde e bolle fredde di gas, la cui differenza di temperatura è data dalla differente profondità d'origine.
Il trasporto d'energia è dipendente dalla densità del gas della stella ed è una forma di propagazione del calore, dove lo spostamento d'energia è accompagnato da spostamento di materia. La temperatura incide fortemente sugli stati di ionizzazione e d'eccitazione atomica, per questo le righe spettrali sono differenti per stelle calde e fredde: una sorgente più calda irradia maggiormente nel blu piuttosto che nel rosso (a 3.000 K una stella appare rossa, mentre a 30.000 K appare blu).


I colori dell'arcobaleno

Le radiazioni elettromagnetiche costituiscono nella loro totalità lo spettro elettromagnetico, che dà per via indiretta informazioni inerenti agli oggetti celesti. Lo spettro è una striscia con i colori dell'iride, solcata da righe formate dall'interazione della radiazione con il gas dell'atmosfera.
Poiché un gas contiene vari elementi chimici, le lunghezze d'onda di ognuno di essi segnano la lastra fotografica in posizioni differenti secondo l'elemento presente nel gas. Le abbondanze degli elementi chimici presenti nelle stelle, quindi, si possono determinare attraverso l'identificazione delle righe spettrali e, finora, è il più importante mezzo d'informazione inerente alla struttura delle atmosfere stellari.
Ma che cosa accade in un gas?
Si consideri un atomo in una sostanza gassosa che si trovi ad una certa temperatura, dotato di velocità termica, che subisce urti con altri atomi.
Nel corso di queste collisioni l'atomo passa dal livello energetico fondamentale, in cui normalmente risiede, ad un valore più alto d'energia, quindi si dice che l'atomo è eccitato. Il passaggio inverso dallo stato eccitato allo stato fondamentale dovuto dall'instabilità dell'atomo, è espresso mediante l'emissione di un fotone.
L'emissione fotonica forma lo spettro, che registra impulsi in risposta allo stimolo luminoso: quando l'atomo giunge ad uno stato energetico più basso si forma uno spettro con righe d'emissione; invece, quando l'atomo assorbe energia necessaria ad aumentare il livello energetico, si ottiene lo spettro con righe in assorbimento. In altre parole, se una radiazione passa attraverso un dato volume di gas, il raggio di luce è parzialmente assorbito ed allo stesso tempo una parte dell'energia è riemessa al secondo per unità di volume.
Ma non tutta l'energia è emessa: una parte viene anche assorbita dal gas ed in questo caso si parla di potere assorbente di una stella. Intorno al valore di temperatura di 800 K un corpo comincia ad emettere radiazioni di frequenza in quantità apprezzabile tale da impressionare la retina dell'occhio: si dice allora che il corpo diviene luminoso ed emette energia radiante, perciò si può parlare del potere emissivo di una stella.
Lettura di uno spettro

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