Capitolo 3.7 Lo “spettro” elettromagnetico.

Capitolo 3.7   Lo “spettro” elettromagnetico.

A)    Lo spettro da prisma.

   § 1. La fisica contemporanea ignora che cosa sia realmente uno “spettro” elettromagnetico.   Cominciamo col dire che tutti i testi sull’argomento sostengono che le “righe” dello spettro sarebbero “immagini della fenditura ” dello spettroscopio: si tratta – sarà ormai chiaro per i nostri lettori – di una colossale e generale sciocchezza: le righe dello spettro sono, in realtà, degli archetti della nostra propagazione, visualizzanti fenomeni di pulsazione (di norma, le righe più spesse) e di interincidenza (solitamente, quelle più sottili), come andiamo ora a verificare.

   § 2. A dire il vero, noi abbiamo già descritto il fenomeno nell’articolo Magnetismo e terremoti del 1972 e riportato nella sez.4, dove si legge, alle figg.5 e 6:

“La struttura della valva riproduce fedelmente la forma d’un campo gravitazionale o – ciò che è lo stesso – “magnetico”, variabile solo per frequenza, lunghezza d’onda e intensità dalla gamma elettromagnetica a quelle delle onde meso- e megamagnetiche. È significativo a questo proposito osservare che sull’esterno d’una conchiglia è stampato lo spettro della propagazione: le linee spirali convergenti delimitano delle fasce, in cui appaiono come “righe” i piccoli archi di circonferenza delle onde di propagazione.”

   Dobbiamo, quindi, solo completare il discorso. Lo facciamo partendo dal caso più semplice presentatoci dalla natura. La fig.46 (dall’Enciclopedia Italiana, Spettroscopia) mostra la “serie di Balmer” dell’idrogeno atomico (lo spettro di quello molecolare è, ovviamente, assai più complicato), nelle condizioni di osservazione più pure. Ci sono quattro righe nel visibile e molte altre nell’ultravioletto, la cui successione “converge verso un limite, detto limite della serie (ted. Seriengrenze), sito dalla parte delle piccole lunghezze d’onda”.

Fig.46

Come sempre accade nella fisica moderna, lo sforzo massimo che essa riesce a fare è ora quello di fornirci dall’osservazione empirica la legge numerica della successione delle righe nelle diverse serie che lo spettro manifesta (la serie ultravioletta di Lyman, quella infrarossa di Paschen, ecc.), ma nessuno mai ne ricaverà la benché minima comprensione della causa formativa di quelle righe, tranne il motivo ridicolo che esse siano “immagini della fenditura”.

   § 3. Mettiamo ora insieme alcuni altri dati descrittivi desumibili dai testi.   Sempre dall’Enciclopedia Italiana, le distanze tra le righe:

“decrescono secondo una legge molto semplice, cioè come i reciproci dei quadrati dei numeri interi”, avendo il limite – come si è detto – “dalla parte delle piccole lunghezze d’onda”.

EST Mondadori:

“Il più semplice spettro a righe è quello dell’atomo d’idrogeno: nel visibile e nell’ultravioletto vicino esso è costituito da un numero relativamente piccolo di righe, le cui mutue distanze e intensità decrescono in maniera regolare verso le lunghezze d’onda minori.”

   “Spettro a bande. E’ uno spettro discontinuo, costituito da serie di righe molto vicine, caratteristico delle molecole e dei composti chimici. (…) risulta formato da righe asimmetriche molto larghe (bande) che hanno il massimo d’intensità nella regione a bassa frequenza (testa di banda).”

 Enciclopedia Italiana:

 “Le righe spettrali in uno spettroscopio a prismi si presentano sempre incurvate con la convessità verso l’estremità rossa dello schermo.. Ciò dipende dal fatto che soltanto i raggi che provengono dal centro della fessura passano per un piano principale.”

   Quest’ultima motivazione ha la stessa validità della già citata “immagine della fenditura” come spiegazione delle righe. A parte questo tentativo, non si troverà nelle trattazioni dell’argomento nessun ragionamento propriamente fisico che ci chiarisca la natura e le modalità del fenomeno.

   § 4. A differenza dei fisici accademici, che continueranno a non saperne nulla, i nostri lettori avranno già capito, osservando la fig.46, che il distanziamento delle righe dal “limite della serie” (situato sulla destra) ha un carattere logaritmico, analogo alla spirale logaritmica della nostra propagazione eccentrica. E poiché abbiamo sopra chiarito che le righe sono “linee di forza” determinate dalla pulsazione, ora non dobbiamo fare altro che ripresentare in fig.47 la fig.31 del cap.3.6, in proiezione polare invece che equatoriale: così facendo, compariranno evidentissime lungo l’equatore della propagazione (in proiezione, un asse ideale orizzontale, mezzeria di una fascia visuale limitata dalla fenditura) le righe di una delle serie possibili, come piccoli archi più spessi di quelli delle onde non pulsate, con distanziamento analogo a quello di fig.46.

Fig.47

Per ottenere questa immagine con OLOPOIEMA, basterà sostituire nella finestra INSERIMENTO VALORI, tra gli input della citata fig.31, 2 al posto di 1 in D2: si passerà così dalla proiezione equatoriale a quella polare, proseguendo con AVANTI fino al punto voluto.

La propagazione di fig.47 è quella che si diffonde verso l’osservatore, quando il mezzo dispersivo è un prisma, ed è di forma eccentrica (sorgenti disequintense), perché le interazioni di fuga dei fotoni incidenti rispetto ai corpuscoli del mezzo provocano la separazione tra aggregati fotonici maggiori e minori: i primi, deviati meno dei secondi, come nello spettrografo di massa, si raccolgono sulle lunghezze d’onda maggiori (percepite come rosso, entro l’ambito efficace della propagazione sullo schermo). Se il mezzo dispersivo è, invece, un reticolo, vedremo tra poco che la propagazione risultante è di forma concentrica, perché nasce – per costruzione strumentale – da composizione ondulatoria tra propagazioni eccentriche reciprocamente equintense. La differenza tra spettro logaritmico da prisma e spettro concentrico da reticolo, quest’ultimo con raggi proporzionali alle radici quadrate dei numeri interi, è una straordinaria conferma delle nostre leggi ondulatorie, a confronto con le descrizioni risibili della corrente fisica ottica, che parla di “onde piane” e disegna onde a serpentelli.

   § 5. Esaminiamo le caratteristiche della nostra fig.47, da confrontare con le descrizioni del fenomeno fatte dalla fisica usuale.

   Lungo l’asse orizzontale (non disegnato) proiezione del piano equatoriale della propagazione si visualizzano come effetto della pulsazione, intorno alla sorgente (il corpo cerchiato in colore rosso), archi più spessi aventi la convessità verso le lunghezze d’onda maggiori, ossia verso il rosso dello spettro. Si tratta, quindi, di ben altro che di immagini deformate della fenditura. I fronti d’onda non marcati sono passanti e, quindi, non formano “linee di forza” (o righe).

   Il distanziamento degli archi dal “limite della serie”, rappresentato dal centro della sorgente è, evidentemente, logaritmico come la propagazione. Le diverse serie nascono dal diverso rapporto gravitazionale a’/a tra le componenti della sorgente. Ecco in fig.48 il diverso risultato che si ottiene nel distanziamento delle righe sostituendo tra gli input, per quel rapporto, il valore 0,2 al valore 0,3 di fig.47:

fIG.48

La spirale logaritmica periferica, che corre attraverso le lunghezze d’onda maggiori sul piano equatoriale della propagazione (di cui è proiezione l’asse orizzontale ideale) segna il luogo geometrico di “fuga” dei flussi fotonici verso l’esterno, che perciò vi si addensano ed è per questo che la maggiore intensità della radiazione si manifesta nelle zone rosse dello spettro, ovvero in quelle a bassa frequenza o massima lunghezza d’onda (fig.49).

Fig.49

   § 6. Lo spettro di una sostanza che si frappone tra una sorgente emissiva ottica e l’osservatore contiene, come è ovvio, le stesse “linee di forza” (o righe) della sostanza medesima in emissione, salvo che, per questa, la radiazione corpuscolare è in fuga dalla sorgente emittente verso l’osservatore e le righe sono perciò brillanti (righe di emissione), mentre è in collisione con la sostanza assorbente, le cui righe sono, di conseguenza, scure per l’osservatore (righe di assorbimento).

Sia gli spettri “continui” di solidi e liquidi, sia quelli “a bande” di aggregati molecolari sono dovuti alla complessità della costituzione atomico-molecolare, che fonde e confonde tra loro sistemi fittissimi di righe di pulsazione e, come ora passeremo a mostrare, di interincidenza (fig.50).

Fig.50

Negli spettri di sorgenti molto distanti – come quelli stellari – la forma arcuata tende ad apparire rettilinea, per un evidente motivo geometrico (v. parte C) del presente capitolo).

   § 7. Gli spettri di sostanze atomicamente complesse, come quello di fig.51 (Enciclopedia Italiana, Spettroscopia) presentano oltre a righe di pulsazione, le cui serie sono in genere regolari e possono essere determinate con una formula, molte altre righe formatesi per interincidenza, che confondono la regolarità matematica delle serie di righe.

Fig.51

 Ne fabbrichiamo uno noi, disponendo in proiezione polare la fig.43 di cap.3.6 C), sovrapposizione di due propagazioni (grigia e nera), complicandola con N=5, per infittire le pulsazioni, e sovrapponendo altre due propagazioni (verde e blu) con gli stessi input ma con VS=1, per creare una nuova coppia di lunghezze d’onda (fig.52). La fascia equatoriale di tale propagazione multipla riproduce molto da vicino lo spettro di fig.51, supponendosi che i fronti d’onda disegnati non siano passanti ma già effetto di precedenti interincidenze, come sempre avviene in natura. E’ evidentissima la struttura a righe – e, dove sono più ravvicinate, a bande – di una striscia visuale tracciata idealmente lungo l’equatore (si escludano le zone proiettivamente alterate delle svolte prospettiche della propagazione).

Fig.52

B) Lo spettro da reticolo.

   § 8. Passiamo ora agli spettri da reticolo. Nonostante le diverse modalità costruttive, i “reticoli di diffrazione” si accomunano nell’operare la suddivisione della radiazione di un’unica sorgente in tante piccole sorgenti coerenti, tutte eguali, al di là delle quali la radiazione “si ricompone” in uno spettro a frange, rispetto al cui centro le lunghezze d’onda aumentano con la distanza.

La forma dei reticoli (rettilinei o circolari) e il diverso orientamento del piano di osservazione (lo schermo) rispetto alle sorgenti suddivise dal reticolo determinano diverse forme ed apparenze dello spettro. La realtà vera del fenomeno si osserva nell’esperienza più semplice, cioè quando la radiazione viene suddivisa tra due piccole sorgenti circolari (due forellini, nell’interferometro di Young) e il piano di osservazione è centrale e perpendicolare alla congiungente delle due sorgenti.

Leggiamo il risultato in EST Mondadori, Interferometria:

“Per le intersezioni con un piano perpendicolare alla retta congiungente le sorgenti, le frange sono cerchi concentrici il cui raggio aumenta con la radice quadrata dei numeri interi”.

E’ esattamente questo ciò che prevede la nostra legge di “composizione ondulatoria” tra due sorgenti equintense.

Come si è detto al § 4, le interazioni di fuga dei fotoni incidenti con i corpuscoli del mezzo dispersivo (in questo caso, la periferia del forellino) provocano una propagazione eccentrica all’uscita dal forellino, che va a comporsi ondulatoriamente con quella, equintensa, dell’altro eguale forellino, in una propagazione “figlia” concentrica, visualizzata dalla sua intersezione circolare con lo schermo. Di qui le frange degli “anelli di Newton”, con raggi proporzionali alle radici quadrate dei numeri interi, per l’ingrandimento delle superfici d’onda in misura proporzionale ai tempi.

   § 9. Subentra a questo punto un altro equivoco della fisica tradizionale, che deriva dalla sua totale ignoranza della natura del fenomeno. Poiché la successione dei colori nelle frange, procedendo dal centro verso la periferia, va dal violetto al rosso, leggiamo nei testi che il reticolo devierebbe il rosso più del violetto, al contrario del prisma (§ 4), senza che – come al solito – se ne dica e se ne sappia il motivo.

Il motivo ignorato è, in realtà, questo che segue. Riprendiamo il discorso della pulsazione nella concentrica, riportando qui in fig.53 la fig.36 di cap.3.6 B):

Fig.53

Trattandosi di una propagazione sferica concentrica, la proiezione polare che ora si richiede (§ 4) coincide con quella equatoriale, salvo che qui occorrerebbe cancellare le spirali di Archimede che guidano equatorialmente la propagazione. I lettori, quindi, ne prescinderanno. Avvertiamo che i dati costruttivi dell’immagine sono, come si sa, puramente esemplificativi e pertanto il discorso è esplicativo del fenomeno e non rigorosamente aderente a una precisa struttura naturale.

La pulsazione ha scandito la propagazione in sette bande di lunghezze d’onda crescenti dal centro verso la periferia, di cui la più interna sconfina verso il nucleo in una zona sferica centrale di equilibrio gravitazionale tra le propagazioni eccentriche componenti (quelle dei due forellini) e perciò priva di effetto dispersivo. A questo punto saremmo tentati semplicisticamente di far corrispondere alle sette bande i sette colori dell’iride, cioè – procedendo dal centro – per lunghezze d’onda crescenti dal violetto al rosso. Ma in questo modo sarebbe inspiegabile fisicamente la realtà del fenomeno, che vede la ripetizione degli spettri di entrambi i lati in vari ordini (1°, 2°,…).

Ciò avviene, perché, contrariamente a quanto crede la fisica ottica corrente, la dispersione non opera a partire dal centro, ma è il risultato della deviazione operata sui fotoni incidenti dai due forellini, che hanno determinato una doppia propagazione eccentrica polarmente controorientata, flettendo regolarmente verso il centro meno i raggi rossi e più i violetti, come il prisma, e quindi apparentemente, a partire dal centro, più i rossi e meno i violetti.

   § 10. Corretto questo capitale errore di fondo, passiamo a spiegare tutte le altre modalità del fenomeno. La scansione in più ordini di spettri con la ripetizione dei colori è dovuta al fatto che la propagazione concentrica “figlia” trascina i fotoni, che le piovono dalla dispersione operata dai forellini, sulle proprie onde che si succedono espandendosi in tempi successivi eguali per superfici eguali, e cioè con raggi proporzionali alle radici quadrate degli interi, ciascuna portatrice di uno spettro. Ciò comporta una conseguenza che rende inoppugnabile il nostro ragionamento: poiché i fronti d’onda “raccoglitori” della concentrica vanno ravvicinandosi dal centro verso la periferia, mentre le bande delle lunghezze d’onda crescenti vanno allargandosi, gli spettri veicolati dalle onde concentriche sono costretti a sovrapporre sempre più larghe zone periferiche tra rossi e violetti di fronti d’onda contigui.

Fig.54

C) I problemi di Andromeda.

PRIMO PROBLEMA:

 L’analisi degli spettri astronomici da parte della fisica ufficiale offre gli esempi più impressionanti della sua assoluta ignoranza circa la natura e l’interpretazione vera del fenomeno, come la lettura del “red shift” come effetto Doppler, con le invenzioni conseguenti (fuga delle galassie, big bang, ecc.).

Ma quello più divertente, e anche definitivo come dimostrazione della sprovvedutezza dell’astronomia corrente sull’uso scientifico della spettroscopia, è offerto dall’articolo La dinamica della galassia di Andromeda di Vera C. Rubin su LE SCIENZE n.62 (ottobre 1973) (fig.50-2).

Fig.50-2

Cominciamo da un dettaglio: quello della forma fondamentalmente curvilinea delle righe, che sono in realtà degli archi di propagazioni sferiche e tali sono sempre, anche quando per la distanza della sorgente tendono generalmente a sembrare rettilinei. Abbiamo visto al § 3 un abbozzo di spiegazione di quella convessità fornito dall’Enciclopedia Italiana: ora ne incontriamo un altro, del tutto diverso, legato alla tesi generale che si sostiene nell’articolo. Nella didascalia di una serie di spettri rilevati da Andromeda si legge a pag.19:

 “Le righe spettrali risultano curve a causa della rotazione di M31” (la galassia di Andromeda).

Invece di tentare vanamente di mettere d’accordo le due spiegazioni, occupiamoci della tesi che l’impegnatissimo articolo vuole dimostrare con l’analisi degli spettri: cioè il senso rotatorio di Andromeda e le sue modalità. Daremo direttamente la parola a Vera C. Rubin, pubblicandone le immagini e le affermazioni testuali. Ma prima cercheremo di sbrigarcela da soli sul problema, per capire se la vista degli occhi – i nostri – ha proprio bisogno degli specialissimi occhiali della Rubin, o se per caso sia lei a dover essere accompagnata urgentemente dall’oculista.

Nella fig.50-3 riportiamo l’immagine e la didascalia di pag.13 della rivista. Indichiamo i quattro vertici della fotografia con le sigle astronomiche, da sinistra in alto in senso orario: NE, NW, SW, SE.

Fig.50-3

Ora supponete di voler disporre davanti ai vostri occhi l’immagine della galassia servendovi della vostra mano destra. Il disco del nucleo galattico, con i bracci di spirale chiaramente visibili a NE e a SW, non sarà frontale come il dorso della mano, né di taglio come la mano in orizzontale, ma inclinato (precisamente di 13°), come tenendo il pollice alquanto in basso e il mignolo alquanto in alto (si tenga conto, su questo aspetto, del penultimo comma del “Secondo problema”).

Ciò fatto, vi basta solo sapere che una galassia a spirale non può che ruotare nel senso dell’avvolgimento dei bracci, cioè nel senso del moto che si ottiene seguendo uno qualsiasi dei bracci dall’estremità esterna verso la confluenza nel nucleo. Se vi sforzaste di farla ruotare al contrario, sarebbe lo stesso che ipotizzare un ciclone (di quelli che vedete nelle previsioni meteorologiche) che giri all’incontrario, con le nuvole che invece di arrotolarsi intorno all’ “occhio” di bassa pressione se ne allontanassero verso l’esterno.

Dopo aver così visualizzato mentalmente il movimento rotatorio di Andromeda, che vi si mostrerà senza ombra di dubbio come antiorario, pensate a una delle stelle situate nel braccio di spirale SW, cioè dentro quel rettangolo segnato in basso a destra nella fotografia e dite se quella stella si sta avvicinando o allontanando dalla Terra. Poiché non siete né ciechi né stupidi, risponderete sicuramente che quella stella si sta allontanando. Ebbene, la Rubin e il suo collega W. Kent Ford jr. hanno studiato negli ultimi sei anni gli spettri di Andromeda, concludendo che la povera stellina, ignara di tanta attenzione, si sta invece avvicinando, come la farfalla della famosa canzone napoletana al lume della candela.

Se poi, stropicciandovi gli occhi, vi sposterete nel braccio NE e penserete sensatamente che ora vi state avvicinando alla Terra, la Rubin, implacabile, vi avvertirà del contrario, asserendo che vi state allontanando. Il tutto è scritto a chiare lettere, se non ci credete, nella didascalia che illustra la regione meridionale di M31 e che riportiamo in fig.50-4: è l’incredibile tesi di un lavoro di sei anni di studio indefesso al telescopio, condensato in sette densissime pagine della rivista ufficiale del nostro sapere contemporaneo e che abbiamo smontato in un minuto col semplice uso di una mano.

Si tratta solo di capire che l’inclinazione delle righe spettrali non ha nessun reale rapporto con la rotazione galattica, essendo dovuta invece al fatto che la fenditura dello spettrografo, disposta lungo l’equatore – come mostrano gli stessi disegni dell’articolo – raccoglie onde di propagazioni secondarie che distorcono la configurazione ondulatoria principale, in asse col disco galattico. È proprio questo il motivo per cui, disponendo la fenditura lungo l’asse, le righe non risultano inclinate, mancando la causa perturbante.

Fig.50-4

Tempo fa intitolai una mia conferenza sull’argomento “Le vertigini di Andromeda”. Il primo attacco lo ebbe per amore, quando fu salvata da Perseo.

SECONDO PROBLEMA:

 Il secondo affronto alla galassia di Andromeda lo hanno fatto molti astrofisici, quando l’hanno fotografata con un orientamento scorretto. Un problema non semplice per i non specialisti è capire perché numerose fotografie di Andromeda la presentino come in fig.50-5, capovolta rispetto all’esatto orientamento di fig.50-3.

Fig.50-5

Il motivo è nella rotazione apparente diurna delle stelle dell’emisfero settentrionale intorno alla Stella Polare. Distinguiamo, sotto questo aspetto, i corpi siderei – in relazione alla latitudine dell’osservatore – in subzenitali, zenitali e transzenitali.

Per ciascuna latitudine, la distanza angolare della Stella Polare dallo zenit è 90° meno la latitudine: la chiamiamo colatitudine. Non cambia, invece, la distanza angolare di una stella qualsiasi dalla Stella Polare nel suo giro diurno intorno ad essa: tale distanza polare è 90° meno la declinazione, che è la latitudine della stella rispetto all’equatore celeste.

Ne deriva che, se la distanza polare di una stella (o una costellazione, o una galassia, ecc.) è inferiore alla colatitudine, essa girerà intorno al Polo restando sempre al di sotto dello zenit: è una stella subzenitale, e l’osservatore la vedrà sempre sulla parte Nord della volta celeste: la vedrà girare, cioè, da sotto il Polo – visualmente diritta – a sopra il Polo – visualmente capovolta -; nelle posizioni intermedie apparirà coricata rispetto al Polo.

Se la distanza polare è uguale alla colatitudine, la stella toccherà lo zenit a metà del suo giro, sul meridiano sud: è una stella zenitale. Se quella distanza è, infine, superiore alla colatitudine, la stella passerà intorno allo zenit (stella transzenitale), entrando anche nella parte Sud della volta celeste. In questi ultimi due casi non si verificherà il capovolgimento visuale della stella rispetto al polo.

E veniamo alla galassia di Andromeda. Esemplificando per l’Osservatorio di Capodimonte a Napoli (in termini di approssimazione matematica), poiché la declinazione di Andromeda è pari alla latitudine di Napoli (41°), e quindi la sua distanza polare è pari alla colatitudine (49°), essa è per Napoli un corpo sidereo zenitale. Se però ci spostiamo agli osservatori di Monte Palomar e Monte Wilson (33° e 34° di latitudine), da dove provengono molte delle fotografie in questione, rileviamo facilmente da quanto si è detto, che colà Andromeda è abbondantemente subzenitale: dal che il suo abituale capovolgimento in immagine, non essendo stata la macchina fotografica correttamente orientata verso il Polo, in modo che ci fosse corrispondenza tra l’orientamento terrestre e quello sulla volta celeste, con le regioni meridionali di Andromeda rivolte verso il nostro Sud, come nelle figg.50-3 e 50-4, e non verso il nostro Nord, come nella fig.50-5.

 La cosa non è indolore, poiché ne deriva una facile confusione nell’interpretazione ottica e concettuale dei fenomeni astronomici da parte di inesperti. La fig.50-3 ci mostra chiaramente, sulla apparente ellisse di Andromeda, dovuta all’inclinazione prospettica, il lato NW come quello più lontano da noi, per il taglio netto del bordo sul cielo scuro, e quello SE come il più vicino, per la dispersione maggiore delle stelle sullo sfondo del cielo. La fig.50-5 può, invece, facilmente confondere per ragioni ottiche chi la guarda, inducendo ad invertire distanze e movimenti.

 Ma per gli astrofisici il fatto non è poi tanto importante. Ci penserà la loro spettroscopia ad aggiungere confusione a confusione, come s’è visto per il primo dei problemi di Andromeda. Informiamo, tuttavia, i nostri lettori che dai citati osservatori americani provengono anche fotografie orientate in modo giusto, come quella pubblicata in una delle tavole dell’Enciclopedia Britannica alla voce “Nebula” e quella che si trova nell’Atlante dell’Universo Mondadori. Non si salva, invece, Fred Hoyle in “Galassie, nuclei e quasar”, delle edizioni Einaudi, e nemmeno l’Enciclopedia Italiana alla voce “Nebulose”. Ma nella stessa Enciclopedia Italiana è corretta l’immagine di una tavola alla voce “Cielo”, perché presa a Pino Torinese (45° di latitudine), dove Andromeda è transzenitale.

   N. B. Ci può essere, del “capovolgimento” di Andromeda in immagine, una causa peggiore di quella ora considerata – il fatto che Andromeda “si vede” in cielo effettivamente capovolta -, ed è il suo sottosopra puramente telescopico! Ma in tal caso si dovrà pensare a fotografi astronomi dotati essi stessi di una mente capovolta…