Di che colore è il Sole?

disegno-sole

Con buona pace dei disegni dell’infanzia, che lo ritraggono giallo e coi raggi1, o dei tramonti scarlatti che almeno una volta nella vita ciascuno ha ammirato, la risposta più corretta a questa domanda è che il Sole è bianco.

Sì, comprendo bene lo stupore dei due lettori di questo blog: nella breve storia delle astro FAQ non è mai successo che la risposta arrivasse alla prima frase, senza un profluvio di parole come preludio. Questo perché ho riservato il resto dell’articolo a cercare di spiegare come mai la risposta di cui sopra sia sensata e non un pensiero bacato generato dall’assunzione di sostanze psicotrope.

A sostegno della tesi

Comincio precisando che il termine “bianco” indica un particolare miscuglio di colori, come già dimostrato da Newton nell’esperimento con il suo disco. Il miscuglio in questione deve essere particolare perché se si prova a mescolare assieme due o più lunghezze d’onda a caso ciò che si ottiene il più delle volte è un altro colore2.

Si può facilmente capire che la luce del Sole è composta da diversi colori osservando un arcobaleno. I colori dell’arcobaleno, infatti, sono generati dalla scomposizione della luce del Sole all’interno delle gocce di pioggia3: se la radiazione solare fosse monocromatica, il fenomeno risulterebbe molto meno appariscente.

arcobaleno-perinaldo

Da ormai parecchio tempo gli scienziati sono in grado di separare le varie componenti luminose della luce tramite strumenti chiamati spettroscopi. I risultati sono forse meno romantici, ma certamente più precisi: l’immagine qui sotto mostra lo spettro del Sole in una risoluzione che nessun arcobaleno, per quanto spettacolare, potrà mai mostrare.

Lo spettro del Sole nel visibile, ad alta risoluzione. Crediti: N.A.Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF.

Il Sole – e in generale le stelle –  sono ciò che in natura più si avvicina al concetto teorico di corpo nero. Un corpo nero è un oggetto che assorbe tutta la luce incidente e emette radiazione a ogni lunghezza d’onda, uno spettro continuo4 il cui profilo dipende dalla temperatura del corpo nero stesso. La nostra stella, dunque, emette idealmente luce di ogni tipo, dalle onde radio ai raggi gamma; ciò che cambia è l’intensità della luce emessa: avendo una temperatura superficiale di circa 5780 K (più o meno 5400 °C) emette principalmente luce nello spettro del visibile, in particolare attorno ai 500 nm di lunghezza d’onda.

Bene, quindi il Sole emette un miscuglio di colori, ma questo questo fatto da solo non autorizza a dire che la sua luce sia bianca. Forse il miglior modo per dimostrare che il Sole è bianco è una sorta di ragionamento per assurdo. Eccolo.

Ammettiamo che il Sole sia – ad esempio – di colore giallo. In una bella giornata estiva portiamo all’aperto uno schermo da proiezione, che per sua natura e funzione diffonde tutta la luce che gli arriva contro: illuminato dalla luce del Sole, lo schermo in questione dovrebbe apparire… giallo, esattamente come la luce che lo illumina! In realtà non è così: diffondendo la luce diurna incidente lo schermo ci appare bianco, una tonalità neutra, senza una componente cromatica dominante.

Per noi, bipedi diurni, la luce neutra è quella che nel corso della nostra storia ha illuminato il paesaggio circostante, e rispetto alla quale si è voluto il nostro apparato visivo. Quella luce è la luce del Sole. Le altre luci – quella di una candela o di un focolare, le luci al neon o le vecchie lampadine a incandescenza – hanno diverse componenti spettrali e per questo ci appaiono diverse: alcune più rosse, altre più azzurre.

Vox populi

Riguardo al colore del Sole si sentono dire molte cose, alcune derivate semplicemente dalla tradizione o dall’abitudine, mentre altre dicerie hanno origini più complesse. Provo a riportarne alcune di seguito, con qualche commento critico.

Il Sole è rosso, lo si vede chiaramente al tramonto!

Anche la Luna lo è, appena sorta, ma nessuno si sogna di dire che il nostro satellite è di colore scarlatto. In generale tutti i corpi luminosi – osservati in prossimità dell’orizzonte – appaiono più rossi, ma questo è un effetto dovuto all’atmosfera terrestre.
Il miscuglio di gas che respiriamo, e che avvolge la Terra in uno strato sottile, non trasmette tutta la luce allo stesso modo, ma devia maggiormente le lunghezze d’onda più corte (blu e viola) mentre lascia praticamente inalterato il cammino di quelle più lunghe (rosso). Questo fenomeno è noto con il nome di scattering Rayleigh, un processo che tra l’altro spiega il colore azzurro del cielo diurno.
L’effetto finale prodotto sulla luce dallo scattering Rayleigh non dipende unicamente dalla lunghezza d’onda: esso è tanto più marcato quanto più è lungo il cammino che la luce deve compiere attraverso l’atmosfera per raggiungere l’osservatore. Con il Sole alto in cielo, la luce attraversa l’atmosfera quasi perpendicolarmente: il blu viene deviato, ma gli altri colori procedono lungo il loro cammino quasi indisturbati. Viceversa, quando il Sole è basso sull’orizzonte, la sua luce raggiunge l’osservatore attraversando una grande quantità di gas che devia e diffonde praticamente tutte le lunghezze d’onda tranne le più lunghe. Per questo motivo, guardando verso il tramonto, si vede arrivare da quella direzione solo la componente più rossa della luce solare, facendo apparire il disco del sole del tipico colore arancione.

scattering-rayleigh

L’effetto della diffusione atmosferica fa anche apparire il Sole meno luminoso quando è basso sull’orizzonte: è solo in quel caso che riusciamo ad osservarlo direttamente ad occhio nudo senza restare abbagliati e a farci un’idea (sbagliata) del suo colore. Per capire il vero colore del Sole lo dovremmo poter osservare quando è allo zenith, in modo da minimizzare l’effetto dello scattering Raylegh, oppure uscire dall’atmosfera per vederlo dallo spazio. Se non avete in programma passeggiate spaziali a breve potete provare a chiedere quale sia il colore del Sole a un astronauta, o accontentarvi di una fotografia.

Il sole visto dallo spazio. Di che colore è? Crediti: STS-129 Crew, NASA.

Il sole è giallo perché quello è il colore che emette con maggiore intensità.

Il ragionamento di per sé avrebbe anche senso, è l’assunzione a priori ad essere sbagliata; perché una luce di lunghezza d’onda pari a 500 nm – quella che il Sole emette in maggiore quantità – non è di colore giallo, ma verde.
Esatto: il Sole emette principalmente luce verde. E non un bel verde brillante, come quello dei laser che taluni imbecilli integrali hanno eletto a strumento di disturbo durante le partite di calcio o ai concerti (per tacere di utilizzi più pericolosi), ma piuttosto un verde acqua, tendente verso l’azzurro.

Le foto della NASA mostrano il sole giallo.

Oh sì; ma anche verde, blu, rosa… sono immagini a falsi colori.
Sul sito del Solar Dynamics Observatory trovate immagini in tempo reale del Sole ripreso dallo spazio, che sembrano avere i colori più disparati. In realtà, la maggior parte di queste sono immagini monocromatiche riprese nell’estremo ultravioletto, un tipo di luce al quale i nostri occhi non sono sensibili5 e che per nostra fortuna è bloccato dallo strato di ozono atmosferico. A bordo della sonda, numerosi filtri selezionano una particolare lunghezza d’onda dello spettro solare, ciascuna di queste permette di riprendere particolari fenomeni sulla superficie del Sole o nelle diverse regioni della sua atmosfera. Le immagini così ottenute potrebbero essere rappresentate a schermo semplicemente in scala di grigi, ma sarebbe facile confonderle: si è deciso quindi di colorarle per convenzione in modo che fosse più semplice riconoscerle a colpo d’occhio.

Una porzione del disco del Sole ripresa dagli strumenti AIA e HMI a bordo della sonda SDO. Il colore arancione dell’immagine a sinistra indica il canale di AIA che è sensibile alla lunghezza d’onda di 30,4 nm (la riga Ly α dell’elio ionizzato una volta – o HeII) e permette di fotografare le protuberanze solari mostrando la zona di transizione tra la cromosfera a la corona solare a una temperatura di 60000 K. Il colore giallo identifica invece il canale a 17,1 nm (una riga di emissione del FeIX – o ferro ionizzato otto volte) e mostra i loop coronali a temperature prossime a 1 milione di K. A destra, il canale di HMI che mostra la fotosfera, la superficie del Sole, nel visibile: sono chiaramente individuabili le macchie solari, più scure rispetto al resto. Crediti: NASA/SDO and the AIA, EVE, and HMI science teams.

Seppur colorate, quindi, le immagini del mosaico qui sopra hanno colori che nulla c’entrano con la luce usata per ottenere questi dati.

Siete voi astronomi che descrivete il Sole come una “nana gialla”.

Ecco, a dir la verità il Sole è descritto come una stella di classe G2V6 ma, dato che la classificazione stellare non è proprio semplicissima, è probabile che qualcuno abbia cercato di rendere le cose più intellegibili tirando fuori lo sfortunato appellativo di “nana gialla” che, come tutte le cose sbagliate, ha fatto subito presa.
Il fatto è che ogni tanto gli astrofisici sono un po’ sfortunati con le nomenclature. Nella divulgazione si tende a identificare le stelle di sequenza principale chiamandole nane, perché in effetti di volume ridotto rispetto alle stelle prossime alla morte, chiamate invece giganti. L’appellativo corretto per il Sole sarebbe dunque stato “nana bianca”, un termine che però è già occupato e che, ironia della sorte, non identifica neanche una stella propriamente detta, quanto piuttosto il nucleo – caldissimo ma ormai inerte – di ciò che fu un astro.


1.^ In effetti, l’immagine in cima all’articolo – opera realizzata dal sottoscritto qualcosa come 25 anni fa – non può essere considerata un esempio classico: lungi dal voler rappresentare la tipica immagine del Sole nel cielo azzurro, essa è piuttosto un tentativo di immaginare lo stesso visto dallo spazio, con tanto protuberanze e stelle sullo sfondo (quelle sì, con le punte, come tutte le stelle che si rispettino). Il disegno è probabilmente frutto di una sorta di lavaggio del cervello auto-imposto, derivato dalle millanta repliche di un documentario su VHS che raccontava la missione della sonda Ulysses agli inizi degli anni ’90. No comment.

2.^ Considerate ad esempio il colore magenta . In natura non esiste una singola lunghezza d’onda che identifichi quel colore: il magenta si può ottenere solo come combinazione di rosso e blu in parti uguali che noi non percepiamo come colori distinti, quanto piuttosto come un’unica tonalità differente (mecolanza additiva). Il colore magenta stesso è quindi un miscuglio di luce a differenti lunghezze d’onda (due in questo caso), ma è certamente quanto di più lontano ci sia dall’idea comune di bianco.
In generale, i colori che percepiamo sono quasi sempre una combinazione di luce di diverse lunghezze d’onda, la risposta peculiare dei nostri coni – le cellule dell’occhio sensibili alle differenze di colore – stimolati da una radiazione eterocromatica. Sono invece molto rari i casi di colori spettrali o monocromatici, cioè identificati da una sola lunghezza d’onda: li possiamo trovare ad esempio nei raggi laser.

3.^ Le tonalità dell’arcobaleno sono un esempio di colori monocromatici, proprio perché derivati dalla scomposizione della luce nel suo spettro.

4.^ I più attenti avranno certamente notato che l’immagine dello spettro del Sole qui sopra tutto sembra tranne che continua. In realtà le linee scure all’interno dello spettro Solare non sono una caratteristica propria della luce emessa dalla superficie del Sole – la fotosfera – ma piuttosto le righe di assorbimento degli elementi presenti nell’atmosfera del Sole e in quella terrestre; le righe di assorbimento sono utili per capire molte cose, tra cui composizione chimica e abbondanza degli elementi presenti nella nostra stella – ma questa è un’altra storia.

5.^ Non ha senso parlare di colore per luce che non possiamo vedere.

6.^ Nota per gli italofoni: il fatto che nella notazione spettrale di Harvard il Sole faccia parte della classe spettrale identificata con la lettera “G” è pura coincidenza e non ha nulla a che vedere con il suo presunto colore.

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One thought on “Di che colore è il Sole?

  1. Francesco 30 novembre 2016 / 17:39

    Molto interessante! 😉

    Mi piace

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