Principi di Ottica Astronomica: Onde, Luce e Strumenti di Osservazione
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Concetti Fondamentali dell'Ottica e dell'Astronomia
Onde e Luce
Un'onda è una perturbazione che si propaga nello spazio, trasferendo energia da un luogo ad un altro, senza trasferire materia.
La luce è una perturbazione del campo elettromagnetico, cioè un'onda elettromagnetica. È una perturbazione del campo elettromagnetico che si propaga nel vuoto alla velocità di c = 3 × 108 m/s. La luce è anche l'insieme di tutte le onde elettromagnetiche.
La lunghezza d'onda (λ) è la distanza, misurata in metri, tra due creste successive.
Il periodo (T) è il tempo, misurato in secondi (s), che un'onda impiega per compiere un'oscillazione completa.
La frequenza (ν) è il numero di oscillazioni (o cicli) al secondo e viene misurata in hertz (Hz).
La velocità di propagazione è c. Le relazioni fondamentali sono: c = λ/T e c = λ * ν.
Spettro Elettromagnetico
L'insieme di tutte le possibili lunghezze d'onda è detto spettro elettromagnetico. Lo spettro può essere suddiviso in 7 bande spettrali:
- Onde radio
- Microonde
- Radiazione infrarossa (IR)
- Banda del visibile
- Radiazione ultravioletta (UV)
- Raggi X
- Raggi gamma
Nella banda del visibile, si va dai 700 nm del rosso fino ai 400 nm del violetto; ad ogni lunghezza d'onda corrisponde un colore. La luce formata da una sola lunghezza d'onda si dice monocromatica.
Strumenti Astronomici: I Telescopi
Storia e Tipi di Telescopi
Galileo Galilei fu il primo a puntare uno strumento ottico verso il cielo, nella notte del 1609. Il suo prototipo è un telescopio rifrattore, il cui funzionamento si basa sulla rifrazione della luce causata dalle lenti.
I telescopi riflettori, invece, basano il loro funzionamento sulla riflessione della luce da parte di specchi.
Concetti Ottici dei Telescopi
L'aberrazione cromatica è la dispersione della luce bianca nei vari colori.
L'asse ottico è la linea lungo la quale si propagano i raggi paralleli all'asse della parabola.
Lo specchio primario è detto anche obiettivo.
Alla distanza focale è legata la capacità di ingrandire.
L'ingrandimento è il rapporto fra l'angolo sotto cui è vista l'immagine dell'oggetto e l'angolo sotto cui è visto l'oggetto reale.
Il potere risolutivo riguarda la capacità del telescopio di distinguere l'uno dall'altro due punti molto vicini tra loro ed è dato dal rapporto d / (1,22 * λ), dove 'd' è il diametro dell'obiettivo e λ la lunghezza d'onda della luce. Maggiore è il potere risolutivo, maggiore è la definizione dell'immagine, ossia la nitidezza.
Il rapporto focale (f/D) di un telescopio è dato dal rapporto fra la distanza focale (f) e il diametro (D) dell'obiettivo. Esso è una misura della capacità del telescopio di raccogliere la luce.
Misurazione e Analisi della Luce Celeste
Radioastronomia
La radioastronomia è lo studio dei corpi celesti nella banda radio.
I radiotelescopi sono simili nel funzionamento ai telescopi ottici, con la differenza che devono riflettere onde radio e non luce visibile.
Fotometria: Misura della Luminosità
La luminosità (L) di una sorgente è la potenza emessa dalla sorgente, ossia la quantità di energia emessa in un secondo; la sua unità di misura è il watt (W).
A una distanza 'r' dalla sorgente, la potenza per unità di superficie è pari a: L / (4πr2).
Possiamo quindi definire l'intensità come I = L / (4πr2), che è la potenza che attraversa l'unità di superficie; la sua unità di misura è W/m2.
La branca dell'ottica relativa alla misura dell'intensità della radiazione è la fotometria.
Spettroscopia: Analisi della Natura Celeste
La disciplina che studia la natura dei corpi celesti attraverso l'analisi della luce proveniente dai corpi stessi è la spettroscopia (associata a Joseph von Fraunhofer).
Gli spettrometri sono strumenti che, dopo aver raccolto la luce dal piano focale di un telescopio, la disperdono (ossia separano le lunghezze d'onda l'una dall'altra) per poi raccoglierla così scomposta su una pellicola o su un CCD.
Disperdendo la luce bianca proveniente da una sorgente, come può essere il filamento di una lampadina, otteniamo uno spettro continuo.
Discipline Astronomiche
L'astronomia è la scienza che studia in generale gli oggetti e i fenomeni che avvengono nello spazio, oltre l'atmosfera terrestre.
L'astrofisica è la scienza che studia la natura fisica dei corpi celesti.