ONDE ELETROMAGNETICHE
ONDE ELETTROMAGNETICHE
Onde trasversali, composte da un campo elettrico e da un campo magnetico perpendicolari tra loro e alla direzione di propagazione.
Si propagano anche nel vuoto con velocità costante (c ≈ 300.000 km/s).
Essendo onde sono caratterizzate da una frequenza (f) e da una lunghezza d’onda (λ) inversamente proporzionali:
f = c / λ λ = c / f
Onde Radio comprese tra: λ => 10 km – 10 cm
f => 30 kHz – 3 GHz
superano ostacoli di piccole dimensioni: sono riflesse dalla ionosfera (50 – 450 km)
La caratteristica delle grandi lunghezze d’onda è che si possono propagare per riflessione ionosferica anche a distanze intercontinentali, molto importante in tempi in cui non esistevano i satelliti per le comunicazioni.
Onde TV
non superano ostacoli di grandi dimensioni (ripetitori): non sono riflesse dalla ionosfera (satelliti geostazionari).
La quantità di informazione trasportata da un segnale radio o TV (modulazione) è proporzionale alla frequenza.
Radioastronomia (RA)
Le prime ricerche sulle onde radio si devono a Karl Guthe Jansky nei primi anni ’30.
Il primo oggetto radioemittente scoperto si trova al centro della Via Lattea (costellazione del Sagittario)
La RA ha permesso la scoperta di nuovi oggetti: pulsar, quasar, radio galassie… ma soprattutto l’individuazione della Radiazione Cosmica di fondo (Arno Penzias, Robert Wilson).
Very Large Array (Socorro – New Mexico) radiotelescopi entrati in funzione nel 1980.
27 antenne paraboliche (Æ = 25 m) disposte lungo 3 bracci, l =21 km, a forma di Y.
L’intero gruppo opera come un’unica antenna ricevente di ᴓ = 40 km
Microonde comprese tra: λ => 10 cm – 1 mm
f => 3 GHz – 300 GHz)
Oltre i 300 GHz l’assorbimento delle radiazioni em da parte dell’atmosfera è totale; l’atmosfera torna a essere trasparente nella zona degli IR e della luce visibile.
Utilizzano le microonde: i telefoni cellulari (f = 900-2700 MHz -5G => 57-95 GHz) il forno a microonde (f ≈ 2,45 GHz) e i Radar (f = 0,2-10 GHz).
Raggi Infrarossi (IR) λ => 1 mm – 750 nm
f => 300 GHz – 400 THz)
Ogni oggetto a temperatura superiore allo zero assoluto emette radiazione IR.
La radiazione IR viene usata per la visione notturna; i sensori IR convertono le radiazioni in arrivo in immagini.
Astronomia IR
Rispetto alla luce visibile, IR possono attraversare anche grandi distese di polveri, permettendo di individuare oggetti nascosti alla vista di sensori ottici
La maggior parte dell’astronomia IR è di competenza dei telescopi a terra che sfruttano le piccole “finestre” in cui l’atmosfera risulta trasparente ai RI.
I telescopi IR sono installati in regioni fredde o in siti a elevate altitudini: ALMA – Atacama Large Millimeter Array (5000 m) deserto di Atacama in Cile; Mauna Kea Observatory (Hawaii 4205 m)
Radiazione Visibile: λ => 380 nm – 760 nm
f => 400 THz – 790 THz)
La massima sensibilità dell’occhio umano si ha a 550-560 nm (540-530 THz) corrispondenza del colore giallo – verde.
Newton divide lo spettro in: rosso, arancio, giallo, verde, blu, indaco, violetto;
La scelta di sette colori è collegata alle note musicali, ai pianeti (sette ai tempi di Newton) ai giorni della settimana.
Raggi Ultravioletti: λ => 380 nm – 100 nm
f => 790 THz – 3·1015 Hz)
UV-A (400-315 nm) UV-B (315-280 nm) UV-C (280-100 nm) 95% che arrivano sulla superficie terrestre sono UV-A
100% UV-C e 95% V-B è assorbito dall’atmosfera (ozonosfera).
Gli UV-B sono ritenuti la principale causa di cancro alla pelle (melanoma).
La radiazione ionizza le molecole di DNA delle cellule della pelle, portando a delle mutazioni che possono produrre neoplasie.
Come difesa contro la luce UV, dopo una breve esposizione, il corpo si abbronza rilasciando la melanina, un pigmento scuro.
Astronomia UV
La radiazione UV viene assorbita dall’atmosfera: lo strato di ozono ne blocca la maggior parte: l’osservazione UV è possibile solo dallo spazio esterno, tramite telescopi orbitanti (HST, GALEX).
Raggi X: λ => 10 nm – 10-3 nm
f => 3·1016 Hz – 3·1019 Hz
8.11.1895: Wilhelm Röntgen osserva che una lastra metallica, colpita da elettroni fortemente accelerati emette strane radiazioni non conosciute.
Röntgen chiama la radiazione: ‘’raggi X’’e per la sua scoperta riceve (1901) il Premio Nobel per la fisica.
Astronomia RX
Come tutte le radiazioni em con λ < λUV (≈ 380 nm) i RX non superano l’atmosfera e la loro osservazione può essere svolta solo a determinate quote (> 20 km).
L’astronomia RX ha permesso di definire le caratteristiche delle Pulsar.
Crab Nebula – Nebulosa del Granchio.
Nell’immagine a RX è visibile l’emissione della Pulsar
Raggi Gamma (γ): λ < 10-3 nm (< 0,01 A)
f > 1020 Hz
Emessi da nuclei in decadimenti radioattivi (β– => 27Co60 -> 28Ni60) o reazioni nucleari con emissione di fotoni (γ) a elevata energia.
Estremamente penetranti (elevata frequenza E = h·f).
Astronomia gamma
I raggi γ sono radiazioni che accompagnano i fenomeni più intensi dell’Universo: materia in caduta in un buco nero,
Gamma Ray Burst (GRB) generati da eventi estremamente energetici, come esplosioni di SN, fusione di stelle di neutroni, …
I Rγ sono in gran parte assorbiti dall’atmosfera, il loro studio diretto è possibile solo utilizzando telescopi spaziali.
Dall’inizio degli anni 70 sono state registrate intense emissioni di lampi γ provenienti dal profondo spazio.
Le teorie più accreditate ipotizzano che molti GRB provengano dall’esplosione di “ipernove”, supernove che formano buchi neri invece che stelle di neutroni.
I principali telescopi spaziali per l’individuazione dei raggi gamma sono:
- Gamma-ray Large Area Space Telescope (GLAST – 2008) rinominato FERMI (h = 160 – 2000 km).
- AGILE: Astrorivelatore Gamma a Immagini LEggero (h = 540 Km)
AGILE è una missione scientifica interamente italiana (2007 ASI – INAF – INFN).
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