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4 Dicembre 2023
19:39

Come mai le stelle lampeggiano di notte? La spiegazione scientifica

Le stelle non scintillano per motivi interni alle stelle stesse, ma per via della rifrazione. La turbolenza della nostra atmosfera dovuta all’aria devia la luce delle stelle, causando il fenomeno dello scintillio.

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Come mai le stelle lampeggiano di notte? La spiegazione scientifica
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Osservando le stelle a occhio nudo nel cielo notturno vi sarà sicuramente capitato di notare come esse sembrino quasi tremolare, brillando a intermittenza, mentre lo stesso non sembra avvenire per i pianeti del Sistema Solare o per i satelliti artificiali. Ma qual è la motivazione scientifica per cui ciò accade? Essa ha a che vedere con la natura turbolenta della nostra atmosfera e l'enorme distanza delle stelle da noi, non con un ipotetico intrinseco scintillio delle stelle.

La deviazione della luce delle stelle da parte dell'atmosfera terrestre può darci anche l'impressione, talvolta, che le stelle cambino temporaneamente colore.

Le cause dello scintillio delle stelle: atmosfera e distanza

La causa dell'apparente lampeggiare delle stelle viste a occhio nudo nel cielo notturno è duplice e ha a che fare con le turbolenze atmosferiche e con le dimensioni puntiformi delle stelle.

L'atmosfera terrestre non è statica, ma turbolenta. In essa, il moto caotico dell'aria provoca cambiamenti locali di temperatura e densità su distanze che vanno dai centimetri ai metri. Tali cambiamenti causano a loro volta variazioni nell'indice di rifrazione dell'atmosfera stessa, cioè nella sua capacità di deviare le traiettorie dei raggi luminosi. Questo continuo modificarsi dell'indice di rifrazione fa sì che la luce che la attraversa venga rifratta (deviata) lungo direzioni casuali, come se si muovesse a zig-zag invece che in linea retta.

Le stelle, data la loro lontananza, appaiono anche ai telescopi più potenti come oggetti puntiformi. Osservate al di fuori dell'atmosfera, le stelle non mostrano nessun effetto di sfarfallio, poiché la loro emissione luminosa è costante.

Quando la luce stellare attraversa l'atmosfera per giungere ai nostri occhi, incontra strati a diversa temperatura e densità che modificando continuamente l'indice di rifrazione causano una deviazione in varie direzioni dei raggi luminosi. Dal punto di vista dell'osservatore sulla Terra, quindi, la luce di una stella sembra provenire da direzioni leggermente diverse che cambiano continuamente a causa della rifrazione. È questa rifrazione continua dei raggi luminosi stellari a causare l'effetto di scintillio. Maggiore sarà la turbolenza atmosferica e in generale lo strato di atmosfera che i raggi luminosi devono attraversare, maggiore sarà l'effetto di pulsazione.

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La turbolenza atmosferica genera zone con diverso indice di rifrazione che deviano la luce proveniente dalle stelle, causando uno spostamento apparente della posizione della stella in cielo. Credits: Luca Tortorelli.

Perché i pianeti non scintillano come le stelle

A volte ci capita di osservare nel cielo notturno puntini molto luminosi che non appaiono “tremolare”. Questi sono i pianeti del nostro Sistema Solare. Particolarmente visibili sono Venere, Marte, Giove e Saturno, ma anche Mercurio è visibile a occhio nudo dal nostro pianeta.

Nonostante anche i pianeti sembrino oggetti puntiformi a occhio nudo, in realtà la loro dimensione angolare, dovuta alla loro vicinanza alla Terra, è tale per cui l'effetto di sfarfallio risulta molto mitigato. La dimensione angolare dei pianeti in cielo è maggiore delle singole porzioni di atmosfera entro cui avvengono le variazioni dell'indice di rifrazione atmosferico. Di conseguenza la luce proveniente da diversi punti del disco di un pianeta incontra strati di aria con indici di rifrazione diversi che però mediamente tendono ad annullarsi, rimuovendo così l'effetto di scintillio.

Una piccola quantità di scintillio avviene in ogni caso, ma è impercettibile e trascurabile se confrontato a quello stellare. Esso diventa più evidente allorquando il pianeta si trova basso sull'orizzonte, dato che dovrà attraversare una quantità maggiore di atmosfera per giungere ai nostri occhi.

Ecco quindi un metodo semplice e immediato per distinguere i pianeti dalle stelle: se scintillano sono stelle, altrimenti sono pianeti!

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Saturno e Giove al crepuscolo.

Le conseguenze per le osservazioni astronomiche

L'effetto di pulsazione è deleterio per le osservazioni astronomiche, poiché il continuo cambiamento di direzione di provenienza dei raggi stellari fa sì che le immagini dell'astro risultino “sbrodolate” (a questo contribuisce anche lo strumento con cui si raccoglie l'immagine). Ciò è dovuto al fatto che la fotocamera registra sulla stessa immagine tutte le varie direzioni di provenienza della luce stellare che avvengono in un determinato lasso di tempo.

L'effetto di “sbrodolatura” di una sorgente puntiforme in un dato luogo osservativo a un dato orario è un parametro molto importante per gli astronomi e prende il nome di seeing. Gli astronomi cercano di ridurre il seeing il più possibile quando effettuano osservazioni al telescopio, per questo gli osservatori astronomici si trovano in alta quota e dove l'atmosfera è particolarmente stabile.

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