Il cielo invernale

Uranographia di Johann Bode (1801)
Orione solleva la clava
e il vello del Leone di Nemea, ucciso da Eracle

Dovremo aspettare almeno fino a Natale per vedere campeggiare verso sud la magnifica costellazione di Orione, una delle più belle del cielo invernale, facilmente riconoscibile grazie alla presenza di alcune stelle molto luminose. La particolare disposizione delle stelle di Orione rende la costellazione istintivamente associabile ad una figura umana.

Fin dalla preistoria gli uomini hanno riconosciuto in Orione il grande cacciatore che, secondo la leggenda, fu il più imponente e il più bello degli uomini. Orione viene generalmente raffigurato con una clava ed una pelle di leone, accompagnato dai suoi due cani da caccia, il Cane maggiore (Canis major) e il Cane minore (Canis minor), mentre si batte contro il Toro sbuffante, 

Osservare Orione

Nelle fredde notti invernali, volgendo lo sguardo verso sud, possiamo facilmente individuare le due stelle più brillanti della costellazione: in alto Betelgeuse (α Ori) di colore rossastro e in basso Rigel (β Ori) di colore azzurro. A metà strada fra le due stelle ve ne sono tre azzurre, quasi altrettanto luminose, che formano la “cintura” di Orione, Mintaka,AlnilamAlnitak (δ, ε, ζ Orionis).

Identificato Orione, spostiamo lo sguardo verso il basso per individuare una stella ancor più luminosa di Betelgeuse: si tratta di Sirio, appartenente alla costellazione del Cane maggiore (α CMa), la stella più brillante del cielo. Fissiamo ora lo sguardo su Betelgeusee spostiamoci verso est fino ad incontrare una stella un po’ meno brillante, ma ben visibile: si tratta di Procioneappartenente alla costellazione del Cane minore (α CMi). Le tre stelle, BetelgeuseSirioProcione, formano un triangolo quasi equilatero, detto “triangolo invernale” (Figura 1).

Ad Orione appartiene anche la famosa nebulosa di Orione (M42, figura 1), zona di intensa formazione stellare, forse una delle poche visibili ad occhio nudo con cieli tersi.

La costellazione di Orione facilita anche l’individuazione di alcune stelle importanti, oltre alle già citate SirioProcione, come mostrato in figura 2.

In alto campeggia Capella, una stella molto luminosa della costellazione dell’Auriga; se da Capellaci spostiamo verso est noteremo CastorePolluce, due belle stelle della costellazione dei Gemelli. Se dalla cintura di Orione procediamo verso ovest vedremo brillare Aldebaran, una stella gigante arancione della costellazione del Toro. 

Orione, l’eroe mitologico

Gilgamesh e Enkidu uccidono il Toro del cielo
(sigillo accadico)

Presso i Sumeri, Orione fu identificato come il Pastore dei Cieli, ma anche con Gilgamesh,il mitico re sumero della città di Uruk. Il racconto narra che Gilgamesh, rifiutò le profferte amorose della dea Ishtar,che, offesa, si vendicò inviando il Toro celeste a devastare il regno di Uruk; ma Gilgamesh e il suo amico Enkidu sorpresero l’animale sacro nelle paludi dell’Eufrate, lo trafissero a morte e lo fecero a pezzi.

Numerosi sono i miti che riguardano Orione nel mondo greco. Uno dei più noti cerca di spiegare i motivi della sua presenza in cielo.

Orione, figlio di Poseidone, era il più grande cacciatore dei suoi tempi e spesso si trovava a cacciare assieme ad Artemide, dea della caccia, votata alla verginità. Quando Apollo, fratello di Artemide, si accorse che la sorella si stava innamorando di Orione, decise di farlo uccidere, traendo in inganno la sorella con uno stratagemma. Un giorno, mentre Orione nuotava lontano nel mare, sfidò la sorella a colpire con una delle sue frecce quel punto lontano che si scorgeva appena tra le onde. Artemide raccolse la sfida e scoccò una delle sue infallibili frecce uccidendo il povero Orione. Quando si rese conto dell’accaduto, pianse inconsolabile. Allora Zeus, impietositosi, trasformò Orione insieme ai suoi cani nell’omonima costellazione. 

Orione viene citato anche da Omero (ca. VIII secolo a.C.) nelle sue principali opere, l’Odisseae l’Iliade. Ecco come Omero descrive le figure che Efesto scolpì sullo scudo di Achille, nel libro XVIII dell’Iliade:

Vi scolpì la terra ed il cielo ed il mare,
il sole che mai non si smorza, la luna nel pieno splendore
e tutte le costellazioni, di cui s'incorona il cielo,
le Pleiadi, le Iadi, la forza d'Orione
e l'Orsa, detta anche Carro per soprannome,
che gira su sé stessa guardando Orione,
ed é l'unica a non immergersi nelle acque d'Oceano.

Altri riferimenti ad Orione li troviamo nell’opera didascalica Le opere e i giorni di Esiodo (VIII-VII sec a.C.), dove la costellazione viene utilizzata per scandire un vero e proprio calendario agricolo. Ecco il passo dove Esiodo identifica nella comparsa di Orione in cielo appena prima del sorgere del Sole (levata eliaca), il tempo in cui bisogna ventilare il grano:

Appena Orione possente appare,
ordina ai servi di battere bene la sacra spiga
di Demetra in un luogo ben ventilato.

Ai nostri giorni Orione sorge a est, appena prima del Sole, verso la fine di luglio Ma ai tempi di Esiodo, quasi 3000 anni fa, a causa della precessione degli equinozi, Orione appariva già verso la metà di giugno. Nei prossimi articoli descriverò alcune delle meraviglie che racchiude la costellazione di Orione.

La temperatura delle stelle

Le stelle sono buchi nel cielo da cui filtra la luce dell’infinito.” – Confucio

Nell’articolo precedente abbiamo scritto che la luminosità di una stella esprime la quantità di energia che proviene dalla stella e che viene misurata in modo oggettivo per mezzo di uno strumento, il fotometro. Oggi vedremo come il colore di una stella è collegato alla sua temperatura superficiale; nel far ciò, faremo riferimento al Sole, la stella a noi più vicina.

Lo spettro di emissione

Cominciamo con una domanda: di che colore è la luce del Sole? Risposta, in coro: gialla! Ebbene, no: la luce del Sole è bianca; ci appare gialla perché attraversa l’atmosfera, e per il comportamento del nostro occhio. 

Nel 1665 il grande scienziato inglese Isaac Newton scoprì che la luce bianca del Sole attraversando un prisma di vetro si scompone nei colori che la formano. Il fenomeno è dovuto alla rifrazione della luce: il prisma “piega” le componenti della luce ad angoli diversi a seconda del colore. 

RadiazioneLunghezza d’onda
Onde Radio10000m ¸10 cm
Microonde1m ¸ 1 mm
Raggi Infrarossi1 mm ¸700 nm
Luce visibile700 nm ¸400 nm
Raggi Ultravioletti400 nm ¸10 nm
Raggi X10 nm ¸0,006 nm
Raggi Gamma< 0,006 nm

L’insieme di tutti i colori dispersi dal prisma costituisce lo spettroelettromagnetico della luce emessa dal Sole, o in altri termini della radiazione solare. Lo spettro è quindi l’insieme di tutte le radiazioni a cui è associato un trasferimento di energia (in fisica spettro = insieme, niente fantasmi!).

Nel 1678 il danese Christiaan Huygens interpretò la luce come un’onda che si propaga in un mezzo che chiamò etere, in modo simile alle onde del mare. Un’onda è caratterizzata dalla lunghezza d’onda “l” (la lettera greca lambda, che indica la distanza fra due creste) e dalla frequenza (il numero di oscillazioni al secondo). Questo modello spiega bene il fenomeno della rifrazione a cui abbiamo accennato.

Il nostro occhio è in grado di percepire solo una piccola porzione della radiazione emessa da una stella, quella che chiamiamo luce visibile.

La luce visibile copre uno stretto intervallo delle lunghezze d’onda, che va dalla luce violetta, circa 400 nm (1nm = 1 miliardesimo di metro) fino alla luce rossa, circa 700 nm. Le radiazioni che hanno lunghezza d’onda minore di 400 nm sono i raggi ultravioletti (quelli che ci abbronzano), i raggi X e i raggi gamma, altamente energetici. Le radiazioni che hanno lunghezza d’onda maggiore di 700 nm sono i raggi infrarossi (quelli usati nei termometri a distanza), le microonde e le onde radio.

Possiamo quindi trarre una prima conclusione: ogni colore è caratterizzato da una lunghezza d’onda specifica.

Se disponiamo di un telescopio munito di un fotometro adeguatamente attrezzato possiamo misurare l’intensità della radiazione emessa da una stella al variare della lunghezza d’onda, quindi l’intensità di ogni singolo colore che riceviamo. Nel caso del Sole otterremo una curva “a campana” che ha un massimo attorno a 500 nm.

La temperatura delle stelle

Se osserviamo attentamente il cielo in una notte limpida è possibile notare la diversa colorazione delle stelle più brillanti: alcune appaiono bianche-blu (Sirio) e altre rossicce (Betelgeuse). Nell’articolo precedente, con l’esempio del fabbro che riscalda il ferro nella fucina, abbiamo intuito che il colore del ferro che si riscalda è legato alla sua temperatura: il colore rosso indica una temperatura relativamente bassa, mentre l’azzurro è legato ad una temperatura molto più elevata. I fisici parlano di “Temperatura di colore[1]. Possiamo allora affermare che c’è un legame fra la temperatura di un corpo caldo e il suo colore: quindi le stelle blu hanno superfici più calde delle stelle rosse.

Nel 1893 il fisico tedesco Wilhelm Wien scoprì una legge sperimentale che lega la temperatura superficiale di una stella alla lunghezza d’onda alla quale è massima la radiazione emessa dalla stella[2]. La relazione è la seguente: T xlmax= 2897768 nm K, dove T è la temperatura in gradi Kelvin, lmax è la lunghezza d’onda in nm alla quale l’emissione è massima.Quindi se disponiamo di uno spettro di emissione della stella, risulta relativamente semplice calcolarne la temperatura superficiale.

Ad esempio Sirio ha il picco massimo di emissione a 315 nm, nell’ultravioletto, ed ha quindi una temperatura superficiale di 9200 K. Betelgeuse ha il picco di massima emissione a 950 nm, corrispondente alla temperatura superficiale di 3050 K.

Le classi spettrali 

ClasseTemperatura superficiale (K)Colore convenzionale
O≥ 33 000 blu 
B10000–33000azzurro
A7500–10000bianco
F6000–7500bianco-giallo
G5200–6000giallo
K3700–5200arancione
M≤ 3700 K rosso 

Le stelle sono classificate in classi spettrali in base al loro colore che è legato, come abbiamo mostrato, alla loro temperatura superficiale, stimata mediante la legge di Wien.

La classificazione delle stelle, proposta agli inizi del XX secolo dall’Harvard College Observatory, utilizza le lettere O, B, A, F, G, K, M per indicare le classi, a loro volta suddivise in sottoclassi numerate da 0 a 9. Il Sole appartiene alla classe G ed ha una temperatura superficiale media di 5777 K.

Per ricordare questa strana scala, che ha motivi storici, è stata coniata la frase in lingua inglese “OBA Fine Girl Kiss Me”, cioè “Oh, sii una brava ragazza; baciami!”. Il significato della frase regge solo in inglese, ma indica che anche gli astronomi sono uomini!


[1]È definita temperatura di colore la temperatura a cui un corpo nero emanerebbe una luce di quella determinata tonalità cromatica, ossia di quella lunghezza d’onda. Un corpo nero è un oggetto teorico che assorbe ogni radiazione incidente, senza rifletterla e che emette una radiazione elettromagnetica che dipende solo dalla sua temperatura. 

[2]In realtà la legge di Wien si applica ad un corpo nero, ma poiché la radiazione emessa dalle stelle è quasi quella di corpo nero la legge di Wien può essere applicata anche alle stelle.