Lo spettro presentato in queste pagine è stato ottenuto con uno spettrografo autocostruito dotato di un reticolo a trasmissione a 500 l/mm. Precendenti prove con un reticolo a 1000 l/mm non sono andate a buon fine in quanto con una maggiore dispersione la quantità di luce che giunge al sensore è inferiore ed è praticamente impossibile la messa a fuoco delle righe di assorbimento. Per uno strumento a maggior dispersione occorre una costruzione meccanica più accurata e delle ottiche di qualità maggiore di quelle utilizzate, in modo da ridurre il più possibile le perdite di luce lungo il percorso ottico.
Lo spettrografo con il reticolo da 500 l/mm è stato montato al fuoco diretto del rifrattore acromatico Konus Vista 80/400, puntato in direzione di una zona di cielo a pochi gradi dal Sole. Le immagini sono state catturate con una webcam Toucam Pro. Ogni ripresa consente di inquadrare una zona dello spettro solare ampia circa 750 angstrom. Per coprire tutto lo spettro nel visibile ( più piccole porzioni di UV e IR ) occorrono circa 5 immagini da 640 x 480 pixel, qualcuna di più se si tiene conto che occorrono delle riprese con delle linee in comune per la sovrapposizione. Ogni immagine è stata ottenuta dalla media di 100 frames effettuata con IRIS ed è stata elaborata per rendere più nitide le righe di assorbimento.
L'immagine seguente rappresenta un mosaico ottenuto da 9 immagini riprese il 10 aprile 2005, che copre lo spettro da 3800 a 7300 angstrom circa. I colori sono quelli reali dei filmati ottenuti con la Toucam Pro, mentre le dimensioni sono del 25% rispetto all'originale.
Per effettuare il riconoscimento
delle righe di assorbimento e uno studio sulla temperatura della fotosfera
è necessario calibrare lo spettro in lunghezza d'onda e sulla risposta
spettrale del sensore utilizzato. A questo scopo è stato utilizzato
il programma Visual Spec. Poichè nella sovrapposizione delle immmagini
per realizzare il mosaico è possibile che vi siano dei piccoli errori
di allinemento che potrebbero falsare la calibrazione, si è scelto
di lavorare sulle singole immagini. I dati sono stati quindi estratti da
6 immagini scelte tra le 9 acquisite. La calibrazione in lunghezza d'onda
è stata effettuata identificando in ogni immagine due linee note.
Per calibrare il profilo sulla risposta del sensore si è operato
con i seguenti passaggi, che si descrivono in sintesi:
- ricerca nel database dello
spettro tipo del Sole ( G2V)
- rapporto tra lo spettro
grezzo e lo spettro tipo
- estrazione del continuo
dal rapporto : il risultato è la curva di risposta del sensore.
- rapporto tra lo spettro
grezzo e la curva di risposta
Dopo quest'ultimo passaggio
il profilo che si ottiene è lo spettro calibrato sulla risposta
del sensore. Su questo spettro si può effettuare il riconoscimento
delle righe di assorbimento e tramite l'utilizzo della distribuzione di
Plank e della legge dello spostamento di Wien si può valutare la
temeperatura della fotosfera.
Il grafico che segue rappresenta il profilo dello spettro del Sole calibrato, ottenuto con lo spettrografo autocostruito, messo in confronto con il profilo teorico della classe spettrale G2V. I dati sono stati ottenuti estraendoli da ciascuna delle sei immagini, quindi unendole in un unico grafico con l'ausilio di Excel. La corrispondenza dei dati sperimentali con quelli teorici è notevole, considerando che lo strumento utilizzato è stato costruito praticamente a costo zero.
Di seguito si riportano le
immagini con l'analisi dettagliata delle singole porzioni dello spettro
del Sole. Ogni grafico riporta lo spettro grezzo, quello calibrato è
lo spettro di riferimento G2V. Sono inoltre indicate le principali righe
di assorbimento identificate e la denominazione di Fraunhofer. Le immagini
dello spettro sono state ridimensionate in largezza del 120 % perchè
coincidessero con il grafico. Per vedere gli spettri cliccare sulle miniature.
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Dallo spettro sperimentale è stata infine possibile una valutazione della temperatura della fotosfera. Con l'opportuno comando in Visual Spec è stato estratto il profilo del continuo dai dati sperimentali e da questa è stata ricavata la lunghezza d'onda a cui corrisponde il massimo di emissione .
E' quindi stata applicata
la formula inversa della legge dello spostamento di Wien:
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Inserendo la lambda max nella formula si è ottenuto un valore di temperatura :
La temperatura ricavata, di 5787.26 K, è perfettamente compatibile con il dato in letteratura sulla temperatura della fotosfera, calcolata essere prossima ai 5800 K. Ad ulteriore conferma si può confrontare il profilo dello spettro continuo estratto dai dati sperimentali con il profilo di Plank per un corpo nero che emette alla temperatura di 5800 K. Il grafico seguente mostra che la corrispondenza è molto buona. Inoltre la lunghezza d'onda per il massimo di emissione del corpo nero a 5800 K risulta essere di 4996.85 A, dato confrontabile con il valore di 5011.006 A ottenuto dai dati sperimentali.
L'esperienza di trattamento
dei dati ricavati con una strumentazione decisamente modesta è stato
interessante ed appagante. Inizialmente sembrava quasi impossibile, con
uno spettrografo costruito per gioco, poter applicare con esito positivo
alcune tra le leggi che sono state le pietre miliari della fisica quantistica.
Invito chiunque sia interessato all'argomento a scrivermi, anche solo per un parere sul lavoro svolto.
Per chi fosse interessato all'argomento fisica-quantistica / spettroscopia trattato a livello universitario suggerisco il testo "Chimica Fisica - Un approccio molecolare" di Donald A. McQuarrie e John D. Simon, ed Zanichelli. E' un libro che quando preparavo l'esame di Chimica Fisica per la laurea in Chimica, mi ha fatto molto sudare!
Aggiornamento : 4 agosto 2005