Copyright © Domenico Licchelli – Progetto Polaris 2014
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Questo volume rientra nelle iniziative del Progetto Polaris e NON ha carattere commerciale. Qualunque forma di distribuzione deve perciò essere coerente con le modalità e gli obiettivi del progetto riportate nella pagina indicata.

Dalla prefazione del libro:

Nel 1875 Giovanni Virginio Schiaparelli, uno dei grandi astronomi italiani del passato, nella sua opera “Le sfere omocentriche di Eudosso, di Callippo e di Aristotele”, così scriveva: “Nel prender a meditare sui monumenti dell’antico sapere, inspiriamoci, o lettore, a quel rispetto ed a quella venerazione che si devono avere per coloro, che, precedendoci in un’ardua strada, ne hanno a noi aperto ed agevolato il cammino. Con questi sentimenti impressi nell’animo ben ci avverrà d’incontrare osservazioni imperfette e speculazioni lontane dalla verità come oggi è conosciuta; ma non troveremo mai nulla né di assurdo, né di ridicolo, nè di ripugnante alle regole del sano ragionare. Se oggi noi, tardi nipoti di quegli illustri maestri, profittando dei loro errori e delle loro scoperte, e salendo in cima all’edifizio da loro elevato, siamo riusciti ad abbracciare collo sguardo un più vasto orizzonte, stolta superbia nostra sarebbe il credere per questo d’aver noi la vista più lunga e più acuta della loro. Tutto il nostro merito sta nell’esser venuti al mondo più tardi.”
Questo testo vuole essere proprio una dimostrazione del rispetto e della venerazione che abbiamo per coloro che, precedendoci, hanno aperto la strada che oggi ci consente di ottenere risultati straordinari, impensabili fino a pochi decenni fa. Le moderne tecnologie, infatti, permettono l’analisi e lo studio di fenomeni complessi e stupefacenti, un tempo appannaggio esclusivo delle grandi strutture di ricerca, anche in piccoli laboratori didattici. Le immagini e gli spettri inseriti nel testo sono stati acquisiti negli anni nei nostri Osservatori astronomici con strumentazione commerciale o auto-costruita. Con un’adeguata preparazione è perfino possibile contribuire direttamente alla ricerca scientifica operando in Osservatori astronomici privati, come nel nostro caso.
Ancora più importante, a nostro avviso, è la valenza didattica insita nel ripercorrere con mezzi moderni le tappe che hanno portato i nostri predecessori a capire le leggi fondamentali della Fisica e delle Scienze tutte.
In questo volume, il nostro “eroe” è Angelo Secchi, gesuita, astronomo, direttore dell’Osservatorio del Collegio Romano, padre dell’Astrofisica stellare italiana ma non solo. Grazie anche ai suoi studi, la giovane spettroscopia applicata alle stelle divenne la stele di Rosetta che ha permesso poi di decodificare il messaggio nascosto nella luce degli oggetti celesti e di costruire, con cognizione di causa, il modello di Universo così come oggi lo conosciamo. Attraverso le sue parole conosceremo la classificazione in tipi spettrali, i tentativi di interpretazione fisica degli spettri osservati e, soprattutto, diverremo amici di alcune delle stelle più belle ed interessanti del firmamento, ognuna con la sua firma caratteristica ed allo stesso tempo unica così come ce la svelano i nostri strumenti.
Il testo, dopo una presentazione divulgativa dello stato attuale delle conoscenze di base di Fisica stellare, procede alternando le originali osservazioni di Secchi agli spettri moderni. Le corpose citazioni (riportate in corsivo) sono estratte da “Le Stelle: saggio di Astronomia siderale” del 1877, un testo brillante, scritto con uno stile molto divulgativo tale da renderlo, ancora oggi, di gradevolissima lettura, e che racchiude alcune delle conclusioni a cui era giunto Secchi dopo molti anni di intenso lavoro. L’obiettivo non è solo quello di guardare sotto una luce nuova il cielo stellato e la sua bellezza ma anche di acquisire una maggiore consapevolezza del posto che occupiamo nell’Universo attraverso la conoscenza dei suoi costituenti più importanti. E’ anche l’occasione per stimolare la riflessione sugli enormi progressi compiuti dalla scienza astronomica nell’ultimo secolo e un doveroso riconoscimento ai grandi scienziati che con la loro instancabile passione e dedizione li hanno resi possibili………..

Omaggio ad un grande scienziato

“L’Astronomia si era sempre esclusivamente occupata fino ad ora della grandezza e distanza degli astri e di alcune poche particolarità fisiche di non molta importanza: il pretendere di conoscere la loro natura materiale e composizione chimica si sarebbe creduto un assurdo; fortunatamente ciò non è più vero, e l’astronomo può analizzare la natura delle materie stellari colla facilità con cui il chimico analizza le sostanze terrestri nel suo laboratorio. Sì grande progresso della scienza è dovuto al piccolo strumento, lo spettroscopio. La luce qual viaggiatrice industriosa è quella che ci reca dalla profondità dello spazio queste preziose notizie…..Il primo che ottenesse uno spettro di stella con vantaggio della scienza fu Fraunhofer. Dopo aver con somma perfezione e delicatezza descritto lo spettro solare, e le numerose sue righe, egli intraprese lo studio di altre luci e tra queste ancor di alcune stelle.”

Francobollo commemorativo del bicentenario della nascita di Fraunhofer

“..Fraunhofer trovò così che la Luna, Venere e Giove avevano spettro identico a quello del Sole, come era da aspettarsi, ma le stelle in generale l’aveano molto diverso..”

Spettro del Sole

Spettro della Luna

Spettro di Venere

Oggi con i nostri rivelatori e le nostre tecniche di visualizzazione ed analisi notiamo che è vero che lo spettro della Luna e di Venere nel visibile è sostanzialmente identico a quello del Sole, essendo il risultato della semplice riflessione della luce solare da parte delle superfici planetarie o atmosferiche. Nel caso di Giove, tuttavia, è evidente che allo spettro solare si sovrappongono della bande sfumate dovute all’Ammoniaca (NH3) ed al Metano (CH4) presenti nella sua atmosfera. Seppur individuate già da Secchi, furono associate correttamente a queste molecole solo nel 1930 da R. Wild e V. Slipher.

“In Sirio notò una forte riga nera nel verde e due nell’azzurro; e trovò righe simili in alcune altre stelle; ma il sistema di queste righe, la posizione e la qualità trovati in quelle che esaminò, erano diverse assai da quelle del Sole. Senonché la debolezza delle luci era tanta che rendeva assai difficile l’osservazione.

α Canis Majoris (Sirio)

α Geminorum (Castore)

Riconobbe in Castore la stessa riga del verde che avea trovata in Sirio e vide lo spettro di Polluce solcato di moltissime righe fine tra le quali riconobbe la riga solare D.

β Geminorum (Polluce)

Nella Capra riconobbe la D e la B del Sole, in α Orione vide pure queste stesse righe e una moltitudine di altre.”

α Aurigae (Capella, Capra)

Alpha Orionis (Betelgeuse )

Le osservazioni sempre più raffinate di Fraunhofer se da un lato arricchivano il campionario di righe, dall’altro richiedevano una qualche identificazione ed interpretazione. Ma come procedere? La risposta ce la indica lo stesso Secchi:

“….È nota ai nostri lettori l’importanza degli studi spettrali del Sole, mediante i quali si è giunto a riconoscere la natura chimica delle sostanze che trovansi incandescenti nell’astro: uno studio simile dovevasi pertanto eseguire sulle stelle. Due erano le cose principali da investigare: 1) quali fossero le sostanze costitutive delle loro atmosfere incandescenti; 2) se esse atmosfere erano identiche o no in tutte le stelle…

Il primo studio fu per alcune stelle a meraviglia eseguito dai sigg. Huggins e Miller, i quali parte con osservazioni di confronti diretti degli spettri chimici, parte colla comparazione dello spettro solare, vi provarono definitivamente l’esistenza di varie righe solari e quelle di molte sostanze chimiche. Così in Sirio mostrarono che le righe principali erano dell’Idrogeno, e che probabilmente eravi anche il Sodio e il Magnesio. Le nostre osservazioni ci fecero scoprire la quarta riga dell’Idrogeno in allora ancora ignota ai chimici, e misero fuor di dubbio che esse righe erano molto larghe e sfumate. Da principio il celebre sig. Huggins, credette questo dovuto a difetto del nostro strumento, ma ora ha convenuto ancor esso della verità delle sfumature, donde segue che l’Idrogeno ivi trovasi sotto una pressione considerabile. Dalle nostre prime osservazioni fu pure dimostrata in α Orione la presenza dei metalli, Sodio, Ferro, Magnesio, ecc. e due belle tavole diede il sig. Huggins di questa stella e di Aldebaran da noi estese e aumentate. Noi trovammo che l’Idrogeno in α Orione non mancava, ma le sue righe erano confuse nelle grandi zone scure di cui è fornita questa stella, e che l’indebolimento loro poteva provenire dal dare quella stella uno spettro in parte diretto.

Un confronto accurato fatto dello spettro di Arturo e di Aldebaran, di Polluce e della Capra con quello del Sole mediante il prisma obiettivo, ci mostrò più di 60 righe francamente riconoscibili come coincidenti colle metalliche solari, e quindi l’esistenza in quelle stelle del Sodio, del Calcio, del Ferro. Per questa sostanza sono specialmente notabili le righe del verde che ivi formano una numerosa serie di gruppi identici, che costituiscono una bella persiana. Riducendo lo spettro solare a debole intensità, vedemmo risaltare anche meglio l’identità degli spettri stellari e solari in queste stelle. Ma una cosa caratteristica degli spettri stellari è che moltissime stelle oltre le righe fine metalliche danno zone molto fosche come vedesi in α Orione, in β Pegaso, Omicron Balena ecc.

β Pegasi

Omicron Ceti (Omicron Balena)

Curiosissime oltremodo si mostrano certune come α Ercole, la 12561 di Lalande, ecc. i cui spettri sono fatti a dirittura a colonnato, o piuttosto come un nastro iridato avvolto con successive pieghe cilindriche.

α Herculis

Il fatto più saliente verificato in queste ricerche è stato questo: che mentre le stelle sono numerosissime, pure i loro spettri si riducono a poche forme ben definite e distinte, che per brevità noi chiamammo Tipi. L’esame delle stelle ci ha occupato per parecchi anni: furono esaminate quasi tutte le principali, e moltissime altre; almeno 4000 in tutto, perché oltre alla stella principale si esaminava tutto il suo contorno….

Ecco pertanto le principali conclusioni. Tutti gli spettri stellari, tranne pochissime eccezioni possono ridursi a 4 Tipi principali che sono descritti nelle due tavole cromolitografiche qui inserite.

fonte: Die Sterne, Grundzuge der Astronomie der Fixsterne (1878). Da notare l’ordine invertito con cui era disegnato lo spettro rispetto alla convenzione moderna.

1°. Il primo tipo è quello delle stelle bianche o azzurrognole come Sirio, α Lira, β, γ, β, ε, ζ, η dell’Orsa Maggiore, Castore, Markab, α Ofiuco ecc.. Lo spettro di queste è quasi continuo: soltanto esso è solcato da quattro forti righe nere che sono quelle dell’Idrogeno, ma rovesciate secondo il noto principio spettrale dell’assorbimento. Tutte e quattro queste righe possono vedersi nelle più lucide; nelle più deboli non è ordinariamente visibile che la Hβ, ossia la F del Sole, ma in genere questa è molto larga e dilatata e spesso sfumata agli orli, specialmente in Sirio. Questa sfumatura è indizio di elevatissima temperatura e di forte densità dell’atmosfera idrogenica delle stelle di quest’ordine.

α Canis Majoris (Sirio)

Vi si vedono anche tracce di altre linee come del Magnesio, del Sodio e alcuna del Ferro, ma esse sono debolissime e richiedono aria squisita. A noi però non è mai riuscito di avere queste righe secondarie costantemente nette e precise come in altre stelle di cui facemmo i disegni.

α Lyrae (Vega)

In Sirio e in Vega talora esse sono ben distinte, ma per lo più sono appena discernibili anche ad aria ottima; quindi ne segue che queste loro atmosfere sono certamente alquanto variabili. Le figure dello spettro di questa classe che circolano nei libri di spettroscopia carichi di numerose e grosse righe nere, per noi sono assolutamente erronee o almeno esagerate: e sì che non abbiamo risparmiato mezzi di ricerche anche fortissimi. Alcune però di quelle righe possono essere dovute all’assorbimento atmosferico tellurico, poiché in Sirio le abbiamo vedute soventi quando la stella era bassa, ma raramente al meridiano. In α Lira, le abbiamo vedute anche al meridiano (27 giugno 1869).

Che le sfumature delle linee principali dell’Idrogeno nelle stelle grandi fossero reali e non illusione, né difetto di strumento, si provò da ciò che mentre col prisma obiettivo in β Gemelli le sue righe fine erano nettissime, in Sirio e α in Lira erano invece diffuse e larghe in tal grado che non potevano attribuirsi a difetto dello strumento.

β Geminorum (Polluce)

Molte stelle minori bianche paiono avere spettro continuo e senza righe, ma studiate con cura si trovano di questo tipo colle righe però molto fine. Questa classe è numerosissima e abbraccia più della metà delle stelle visibili.

È bene avvertire che in parecchie di questo tipo, come in Procione, α Aquila, α Vergine ecc. si scorgono molte righe fine abbastanza ben visibili, ai luoghi stessi dove appena si scorge traccia nelle altre: talchè queste sembrano esser casi di transizione da questo tipo al seguente, ma si sa che queste stelle sono leggermente variabili, e per ciò anche il tipo non ha sempre la stessa purezza.

α Canis Minoris (Procione)

α Virginis (Spica)

2°. Il secondo tipo è quello delle stelle gialle: esse hanno righe finissime; le righe dell’Idrogeno pure vi sono, ma sono sottili e non punto così marcate come nelle precedenti, e lo spettro è perfettamente eguale a quello del Sole; la Capra, Polluce, α Balena, α Orsa Maggiore e molte altre di color giallo sono di questo tipo.

α Orsa Maggiore (Dubhe)

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 Domenico Licchelli, Francesco Strafella, Paolo Cazzato  – 2014