All that’s to come and everything under the sun is in tune
but the sun is eclipsed by the moon.
There is no dark side of the moon really.
Matter of fact it’s all dark.
“Eclipse” da The Dark Side of the Moon, Pink Floyd (1973)
A fine novembre 2020 la Stazione Internazionale è passata sopra Milano. Anche se è il terzo oggetto più luminoso nel cielo, non è facile vederla se non si sa quando guardare, perché c’è una finestra precisa appena dopo il tramonto per osservarla. Mi ha fatto pensare che quando si guarda il cielo notturno, le stelle formano un disegno familiare, che percepiamo come immobile. In realtà ogni stella e ogni galassia che possiamo osservare si muove, semplicemente sono sono tutte troppo lontane per riconoscerne il movimento nella nostra breve vita. Come facciamo a sapere che si muovono?
L’unico modo per capire se qualcosa si muove nello spazio profondo è la luce. Pensate per un attimo al Sole. Il Sole è un gigantesco reattore nucleare, che ogni secondo fonde insieme più di 4 milioni di tonnellate di atomi di idrogeno per generare elio – stelle più grandi con interni più caldi del Sole vanno oltre producendo elementi più pesanti con altre reazioni di fusione, ma questa è un’altra storia. Queste reazioni di fusione emettono una quantità incredibile di energia tipo Ushuaia a ferragosto, e questo mantiene gli atomi nel Sole in uno stato “eccitato”. Quando questi elettroni si eccitano fanno un salto energetico tipo super sayan, e passano dalla loro posizione normale a un livello di energia più alto. Per farlo assorbono una parte dell’energia che li circonda, proprio come abbiamo bisogno di più energia quando saliamo le scale – l’elettrone ha bisogno di una particolare quantità di energia per arrivare a un certo livello. L’elettrone non è tuttavia stabile in questo stato di eccitazione, e alla fine tornerà da dove viene, emettendo una quantità specifica di energia. Questo pacchetto di energia che viene rilasciato è chiamato fotone. Ogni fotone, associato ad uno specifico calo di energia di un elettrone, ha una specifica energia. La luce che vediamo provenire dal Sole è la radiazione emessa da questo flusso continuo di fotoni emessi da tutti gli atomi. Atomi diversi producono diversi cambiamenti di energia dei loro elettroni, governati dalle proprietà specifiche di ogni elemento. Queste differenze fanno sì che il sodio emetta e assorba fotoni con un’energia diversa da quella del calcio o del magnesio. La cosa incredibile di tutto questo è che c’è una relazione diretta e semplice tra l’energia del fotone emesso e la lunghezza d’onda con cui il fotone viaggia, perché il fotone si comporta come un’onda e come una particella. Ciò significa che ogni volta che misuriamo l’energia di una sorgente luminosa, conosciamo anche la sua lunghezza d’onda e la sua frequenza, e queste danno il suo colore.
I colori entrano in ballo quando iniziamo a pensare alla luce a come questa radiazione continua che contiene tutte le lunghezze d’onda possibili e immaginabili. Quando arriva sulla Terra, il 30% della luce è filtrata dall’atmosfera, dalle nuvole e dall’ozono. Il 70% che riesce a filtrare appartiene a due “finestre” con una specifica lunghezza d’onda, quella tra i 100 e i 1000 nm per la finestra ottica, e tra 1 cm e 7 metri per la finestra radio. Tra queste due, quella di più conosciuta è la finestra ottica, perché è quella che usiamo per vedere.
La chiamiamo “visibile” perché i nostri occhi sono sensibili ad una lunghezza d’onda compresa tra 390 e 780 nanometri, che cade in questa finestra. In questa finestra la lunghezza d’onda dei fotoni crea un cambiamento molecolare nelle cellule della nostra retina, i famosi coni e bastoncelli studiati nell’ora di biologia del liceo. I coni sono responsabili della nostra percezione del colore. Questo cambiamento viene trasmesso al cervello come segnale elettrico e crea i colori che vediamo.
La lunghezza d’onda più lunga che il nostro occhio riesce a percepire è intorno ai 780 nm, il profondo rosso. Oltre a questo diventa infrarosso, e i nostri coni e bastoncelli non riescono a percepirne l’onda, che è troppo lunga (e con una energia troppo bassa) per modificare per il tempo necessario le molecole dell’occhio. Se fosse una macchina fotografica diremmo che l’esposizione è troppo bassa. Una lunghezza troppo corta genera l’effetto contrario: al di sotto dei 390 nm le onde diventano troppo brevi (e con energia troppo alta) e vengono assorbite dalla cornea, che è la nostra lente di protezione. Da qui si capisce che l’intero simbolismo associato alla scala cromatica è sbagliato. Il rosso è “meno caldo” del blu, e il colore in assoluto con l’energia più alta non sono i rossi e gli arancioni, ma bensì i viola (da qui a breve scatterà una campagna Monnalisa per ristabilire il vero senso della scala cromatica).
Il nostro occhio non è nient’altro che una pellicola chimica, le cui molecole reagiscono a una precisa dose di energia elettromagnetica. Ci sono insetti e molluschi che non hanno bisogno della cornea e che si sono adattati a usare tipi di meccanismi ad assorbimento fotonico per vedere i raggi UV. Provate a cercarvi su internet la canocchia pavone . I colori degli uccelli e dei fiori, visti con gli occhi delle api, assumono tutto un altro significato. I petali sono delle piste di atterraggio con delle frecce a raggi uv per permettere agli insetti di trovare il polline.
E poi ci sono i serpenti, che hanno la vista a infrarossi. La cosa affascinante è che la loro visione non si basa su un meccanismo quantistico ad assorbimento fotonico, bensì su una specie di sensore termico. Hanno dei “buchi” sulla pelle che permettono al calore emesso dall’esterno di entrare e “scaldare” delle cellule ad acqua che hanno negli occhi, che a loro volta creano delle mappe di intensità maggiore o minore a seconda del calore. E’ così che vedono i topi.
Alla fine di tutto questo, non vi viene da chiedervi perché? Perché vediamo in un modo piuttosto che in un altro, perché proprio questi colori, in quella determinata finestra, anzichè negli infrarossi o negli UV? L’evoluzione ha una risposta poco romantica. Il nostro sole emette energia che ha un picco nel “visibile”, in particolare nella frequenza del blu. Questo significa che la vita sulla Terra si è evoluta creando sistemi di visione che facilitassero l’assorbimento nella banda ad energia più alta, e noi vediamo questi colori perché questo è ciò che abbiamo a disposizione. La vita su una giovane stella gigante o supergigante calda, la cui energia è spostata verso l’ultravioletto, potrebbe essersi evoluta con organismi che vedono – e sopportano- l’alta energia degli UV – ma avrebbero bisogno di un’atmosfera che li lasci passare (sulla Terra l’ossigeno assorbe la maggior parte degli UV). Allo stesso modo su un pianeta orbitante una nana gialla o una nana rossa, stelle ormai fredde che emettono energia più bassa, potrebbero evolversi organismi con un apparato visivo a infrarossi, come i rettili. Questo ragazzi assesta un colpo mortale alla teoria del complotto dei rettiliani. Un sistema visivo a infrarossi non permette una visione ad alta risoluzione sulla nostro pianeta, e i rettiliani sarebbero svantaggiati in una corsa verso il dominio della Terra. Semplicemente non ce la farebbero a rovesciarci.
Non c’è niente di meno glamour della spettroscopia. Eppure se andiamo bene a scavare ci sono centinaia di riferimenti indiretti alla spettroscopia nella cultura pop, che in qualche modo nessuno capisce perché è un’arte oscura che si impara al piano interrato di un laboratorio polveroso tra il dipartimento di fisica e quello di chimica. Volete una prova?
I fuochi di artificio di Lady Gaga per il Super Bowl del 2017 | Non importa se a spararli è il principe di Galles o vostro cognato dal balcone il 31 dicembre.I fuochi d’artificio si basano sul fatto che diversi elementi, una volta riscaldati, emettono diverse lunghezze d’onda di luce, che il nostro cervello traduce in colori. In questo caso lei usò del nitrato di sodio per quelli bianchi, del cloruro rameico per quelli blu e del carbonato di stronzio per quelli rossi.
I Pink Floyd | La copertina di Dark Side of The Moon è un prisma di dispersione. Tutti i fotoni di tutti gli elementi danno luce bianca, che è una combinazione di tutti i colori dell’arcobaleno, ma un prisma può separarli perché l’angolo in cui la luce si disperde quando entra nel prisma dipende dalla sua lunghezza d’onda, e lunghezza d’onda = colore.
I Visitors – Date un’occhiata alla miniserie del 1983, o al suo remake del 2009, dove i protagonisti sono dei visitatori travestiti da esseri umani che sembrano venire in pace a cercare aiuto per il loro mondo malato, ma in realtà sono dei rettiliani (da cui gli occhiali da sole speciali) mangia-topi, determinati a prendere il sopravvento. Nella storia originale provengono da Sirio, un piccolo sistema di stelle binarie. Sirio però è una stella che brucia idrogeno ed è appena più grossa del nostro sole, quindi per essere dei veri rettiliani sarebbero dovuti venire da una stella molto più fredda. Pah!
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