Perché le stelle brillano nel cielo: il viaggio della luce attraverso l’Universo

Chiunque, alzando lo sguardo non ha potuto fare a meno di notare lo spettacolo che ci offre il cielo notturno. Ma in quanti si sono mai chiesti cosa c’è dietro una volta stellata, perchè le stelle brillano nel cielo e cosa si può imparare alzando lo sguardo verso l’alto durante la notte? È arrivato il momento di fare “luce” su questi interrogativi!

Qual è l’origine della “brillantezza” delle stelle?

Il primo passo è capire quale è la fonte che permette alla luce di percorrere le immense distanze cosmiche e colpire le nostre retine; quindi perchè le stelle brillano nel cielo, cioè emettono radiazione luminosa? Bisogna scomodare la fusione nucleare che avviene nel nucleo di tali corpi; qui l’idrogeno viene trasformato in elio. L’effetto è duplice: da un lato la pressione evita il collasso dovuto alla gravità e dall’altro “illumina” la stella.

Possiamo a questo punto fare una prima distinzione e classificare le stelle secondo il colore di emissione: le possibili lunghezze d’onda comprendono le frequenze del blu, del giallo e del rosso. Più alta è la temperatura superficiale della stella, più la luce emessa tenderà ad assumere le sfumature del blu; al contrario più la stella tenderà verso il rosso, più la sua temperatura sarà inferiore.

Questa classificazione comporta anche una variazione in termini di dimensioni. Le stelle più calde saranno generalmente più grandi rispetto a quelle con temperatura inferiore. Questa distinzione è riassunta in maniera molto esplicativa sul diagramma H-R (Hertzsprung-Russell), la sequenza principale taglia diagonalmente il diagramma e descrive proprio l’andamento illustrato prima. Le eccezioni sono rappresentate principalmente dalle giganti rosse come Betelgeuse.

Il nostro Sole occupa la posizione centrale del diagramma, infatti, rappresenta la classe intermedia delle stelle gialle con una temperatura superficiale intorno a 6000K. A primo impatto potremmo dire che le stelle più grandi saranno le più luminose, ma quest’affermazione risulta scorretta perchè non si è tenuto in conto un fattore molto importante…

Perchè le stelle che brillano nel cielo hanno una diversa intensità?

Fino ad ora abbiamo ragionato in termini generali, infatti la luminosità a cui si è fatto riferimento è la magnitudine assoluta; cioè la grandezza che misura la luminosità delle stelle se queste si trovassero tutte a una distanza di 10 parsec (32.6 anni luce). Gli strumenti che permettono tali misurazioni sono i fotometri che associano ad una luminosità una magnitudine che descresce all’aumentare della luminosità (una stella con magnitudine 1 è 2.5 volte più luminosa di una con magnitudine 2).

L’altra grande variabile è rappresentata quindi dalla distanza dell’osservatore, in questo caso noi sulla Terra: si introduce la magnitudine apparente, cioè la luminosità che possiamo percepire sul nostro pianeta. Se prendessimo ad esempio il nostro Sole, la sua magnitudine apparente è pari -26.8 (estremamente luminoso, e lo sappiamo bene!); quella assoluta invece è 4.7 (avrebbe una luminosità talmente bassa da confondersi con il firmamento).

Ultimo ostacolo per i nostri occhi: l’atmosfera terrestre

Abbiamo capito come la luminosità di una stella dipenda da due fattori “esterni”: la grandezza del corpo celeste e la sua distanza. L’ultima variabile è rappresentata proprio dalla conformazione del nostro pianeta avvolto da quello scudo che ha permesso la vita: l’atmosfera. Gli osservatori del cielo sapranno quali problematiche comporta la presenza di questo strato di aria all’osservazione astronomica.

Già in un precedente articolo avevamo affrontato questo problema: l’atmosfera funge da filtro all’osservazione a causa del fenomeno fisico della rifrazione. La colonna d’aria che ci sovrasta è continuamente soggetta a moto e variazioni di temperatura che la rendono turbolenta e instabile; la luce, che deve necessariamente attraversarla, ne subisce l’influenza e genera il luccichio che appare ai nostri occhi.

Questo fenomeno è maggiormente acutizzato durante la stagione estiva, quando l’aria è più calda; anche la quota a cui ci troviamo può influenzare l’osservazione: più si è ad un’altitudine maggiore, minore sarà lo strato di atmosfera che dovrà percorrere la luce delle stelle. L’ultima differenza può derivare da un’osservazione allo zenit rispetto ad una prossima all’orizzonte; nel primo caso il percorso attraversato risulterà minore rispetto al secondo.

Perchè abbiamo bisogno delle stelle che brillano nel cielo?

Sin dall’antichità la luce delle stelle ha permesso l’orientamento dell’uomo mentre esplorava i quattro angoli del pianeta. Sappiamo che la volta celeste ci offre l’indicazione della direzione del Nord grazie alla stella Polare, o meglio, utilizzando il suo nome reale α Ursae Minoris o Polaris; fa parte dell’Orsa Minore e possiamo individuarla grazie all’Orsa Maggiore che le ruota attorno durante il corso dell’anno.

La cosa che potrebbe lasciare interdetti è sapere che la stella polare non è fissa: varie stelle nel corso del tempo avranno il titolo di stella polare. Ciò è dovuto alla precessione degli equinozi dell’asse terrestre che forma un cono completo nell’arco di 26.000 anni; in pratica tra 11.000 anni toccherà alla luminosissima Vega indicare il Nord, mentre al tempo degli antichi Sumeri è toccato alla debolissima Thuban nella Costellazione del Drago.

Questo fenomeno è dovuto principalmente alle forze gravitazionali che Sole e Luna esercitano sulla Terra, che ricordiamo non essere una sfera perfetta, ma schiacciata ai poli. Come una trottola, l’asse del nostro pianeta ruota attorno alla perpendicolare al piano dell’eclittica, ossia il piano su cui giace l’orbita che descrive la Terra intorno al Sole. Un ulteriore movimento, detto di nutazione, tende a far oscillare l’asse di rotazione durante il suo lento movimento di precessione.

Se nel nostro emisfero possiamo farci guidare da Polaris; in quello Australe la stella di riferiemento che indica il Sud celeste è σ Octantis, molto meno luminosa rispetto alla stella polare boreale. Un’altra interessante curiosità: dalla sua altezza rispetto all’orizzonte riusciremo a ricavare con buona approssimazione la latitudine del punto da cui si osserva; per esempio da Roma sarà possibile ammirare la stella polare a circa 41 gradi, che corrispondono proprio alla latitudine dell’Urbe.

Stelle in pericolo: l’inquinamento luminoso ci nasconde lo spettacolo del cielo notturno

Nelle nostre città è sempre più difficile poter godere di una volta stellata: la causa è ancora una volta imputabile all’uomo. L’inquinamento luminoso sta diventando sempre più un problema, non solo perchè non ci permette di vedere le stelle ma sopratutto perchè rappresenta una voce delle inefficienze energetiche imputabili al nostro compotamento. Mitigare il nostro impatto sull’ambiente non solo passa da una produzione green di energia, ma anche da una gestione ecosotenibile delle risorse!

Per questo è nata l’iniziativa Cities at Night, ossia creare una mappatura notturna della Terra per localizzare locali sprechi di energia e sollecitare interventi correttivi. Guardando una limpida volta stellata, come quella di Agosto, potremmo ripensare a quanti fenomeni si nascondono dietro ai nostri occhi; le piccole fiammelle più o meno brillanti che possiamo ammirare nascondono le meraviglie del cosmo, caratterizzato da fenomeni fisici imponenti, da distanze immani e da mondi lontani.