Etimologia e storia#
Il termine spectrum, dal latino “apparizione, immagine” (specere, “guardare”), fu impiegato da Isaac Newton intorno al 1670 per indicare la banda colorata prodotta dalla scomposizione della luce solare attraverso un prisma, descritta nei suoi esperimenti di ottica poi confluiti nell’opera Opticks (1704).
Lo spettro è l’insieme ordinato di tutte le forme di radiazione elettromagnetica, distribuite in sequenza continua secondo la loro frequenza, lunghezza d’onda o energia dei fotoni. La luce visibile è solo una piccola frazione di questo continuo, che si estende dalle frequenze più basse e lunghezze d’onda più grandi fino alle frequenze più alte e lunghezze d’onda più piccole.
Rapporto inverso tra frequenza e lunghezza d’onda#
Da un punto di vista fisico, la radiazione elettromagnetica è una perturbazione ondulatoria dei campi elettrico e magnetico che si propaga nel vuoto alla velocità della luce $c$:
$$ \lambda \cdot \nu = c \approx 3 \times 10^8 \text{ m/s} $$dove $\lambda$ (lambda) è la lunghezza d’onda e $\nu$ (nu) è la frequenza. Tra lunghezza d’onda e frequenza vale una relazione inversa, che coinvolge l’energia trasportata dalla radiazione: maggiore è la lunghezza d’onda, minore è la frequenza di oscillazione dell’onda elettromagnetica e minore l’energia trasportata. Viceversa, minore è la lunghezza d’onda, maggiori saranno la frequenza e l’energia della radiazione.
Bande dello spettro#
Per convenzione e comodità d’uso, lo spettro elettromagnetico è suddiviso nelle seguenti bande:
| Tipo di radiazione | Lunghezza d’onda | Frequenza | Energia | Esempi in astronomia |
|---|---|---|---|---|
| Onde radio | $> 1$ m | $< 300$ MHz | Molto bassa | Pulsar; gas freddo |
| Microonde | $1$ mm – $1$ m | $300$ MHz – $300$ GHz | Bassa | Fondo cosmico a microonde |
| Infrarosso | $700$ nm – $1$ mm | $300$ GHz – $430$ THz | Medio-bassa | Stelle fredde; polveri; esopianeti |
| Luce visibile | $400$ – $700$ nm | $430$ – $750$ THz | Media | Stelle come il Sole |
| Ultravioletto (UV) | $10$ – $400$ nm | $750$ THz – $30$ PHz | Alta | Stelle calde; galassie giovani |
| Raggi X | $0{,}01$ – $10$ nm | $30$ PHz – $30$ EHz | Molto alta | Buchi neri; resti di supernove |
| Raggi gamma | $< 0{,}01$ nm | $> 30$ EHz | Estrema | Esplosioni di supernova; GRB |
In astrofisica, lo studio dello spettro elettromagnetico nella sua totalità è di fondamentale importanza: i corpi celesti emettono radiazioni in quasi tutte le bande dello spettro e l’utilizzo di telescopi speciali (sensibili all’infrarosso, ai raggi X o alle onde radio) permette di osservare fenomeni cosmici altrimenti del tutto invisibili, come il calore delle polveri interstellari o l’energia estrema emessa attorno ai buchi neri.