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Il colore della luce

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2013093410 Oltre ad essere uno strumento di comunicazione, il colore può diventare una passione aumentando così la consapevolezza e la conoscenza dell’Uomo della realtà esterna ed interna, considerando il colore stesso una creazione. Prima di considerare cosa sia il colore ed analizzare lo spettro è necessario definire cosa sia la luce. Il termine luce si riferisce alla porzione dello spettro elettromagnetico visibile dall’occhio umano ed è compresa circa tra 400 e 700 nanometri di lunghezza d’onda, ossia tra 790 e 435 THz di frequenza. Questo intervallo coincide con il centro della luce emessa dal sole che riesce ad arrivare al suolo attraverso l’atmosfera. La presenza contemporanea di tutte le lunghezze d’onda visibili, in quantità proporzionali a quelle della luce solare, forma la luce bianca. La luce interagisce con la materia, come tutte le onde elettromagnetiche. I fenomeni che impediscono o influenzano la trasmissione della luce attraverso la materia sono l’assorbimento, la diffusione, la riflessione speculare, la rifrazione e la diffrazione. La riflessione diffusa da parte delle superfici è il principale meccanismo attraverso il quale gli oggetti si rivelano ai nostri occhi, mentre la diffusione da parte dell’atmosfera è responsabile della luminosità del cielo. La luce si propaga a una velocità finita e nell’uso comune il valore viene arrotondato a 300.000 km/s. La velocità della luce è stata misurata molte volte da numerosi fisici. Il primo tentativo di misura venne compiuto da Galileo Galilei con l’aiuto di lampade oscurabili, ma i mezzi disponibili erano insufficienti perché portassero dei risultati. Una misurazione soddisfacente fu fatta da un fisico danese Olaus Roemer nel 1676, il quale sviluppò un metodo di misurazione osservando Giove e una delle sue lune con un telescopio. Venendo la luna eclissata da Giove a intervalli regolari, Roemer calcolò il periodo di rivoluzione della luna in 42, 5 ore quando la Terra era vicina a Giove. Il fatto che il periodo di rivoluzione si allungasse quando la distanza tra Giove e Terra aumentava poteva essere spiegato assumendo che la luce impiegava più tempo a coprire la distanza Giove-Terra, ipotizzando quindi, una velocità finita per la luce. La velocità della luce venne calcolata analizzando la distanza tra i due pianeti in tempi differenti e Roemer calcolò una velocità di 227 326 km/s. Il lavoro di Roemer fu migliorato da Michelson nel 1926, il quale usando uno specchio rotante, misurò il tempo impiegato dalla luce per percorrere il viaggio di andata e ritorno dal monte Wilson al monte Sant Antonio in California. La misura precisa portò a una velocità di 299 796 km/s. Questo esperimento misurò la velocità della luce nell’aria, infatti quando la luce passa attraverso una sostanza trasparente, come l’aria o l’acqua o il vetro, la sua velocità si riduce ed è sottoposta a rifrazione. Lo studio della luce e dell’interazione tra luce e materia si chiama ottica e l’osservazione e lo studio dei fenomeni ottici, come ad esempio l’arcobaleno offre diversi indizi sulla natura della luce. L’arcobaleno è un fenomeno ottico e meteorologico, che produce uno spettro di luce nel cielo, quando la luce del Sole attraversa le gocce d’acqua rimaste in sospensione dopo un temporale o accanto una cascata o fontana; visivamente è un arco multicolore, rosso sull’esterno e viola sulla parte interna, senza transizioni nette tra un colore e l’altro. L’arcobaleno è la conseguenza della dispersione e della rifrazione della luce solare contro le pareti delle gocce stesse. Esiste anche un arcobaleno lunare, o notturno, e può essere visto nelle notti di forte luce lunare. Gli arcobaleni notturni vengono, però, percepiti come bianchi, in quanto la percezione umana dei colori in condizioni di poca luminosità è scarsa. L’arcobaleno è provocato dalla dispersione ottica della luce solare, che attraversa le gocce di pioggia; la luce viene prima rifratta quando entra nella superficie della goccia, riflessa sul retro della goccia e ancora rifratta uscendo dalla goccia. L’effetto complessivo è che la luce in arrivo viene riflessa in una larga gamma di angoli, inoltre l’angolo è indipendente dalla dimensione della goccia, ma dipende dal suo indice di rifrazione. Per esempio l’acqua del mare ha un indice più alto di quella della pioggia, quindi il raggio di un arcobaleno negli spruzzi di acqua di mare è più piccolo di quello di un arcobaleno di pioggia e questo fenomeno è visibile a occhio nudo dal disallineamento di questi due archi. La quantità di luce che viene rifratta dipende dalla sua lunghezza d’onda e quindi dal suo colore. La luce blu, ossia onde più corte, viene rifratta ad un angolo più grande di quella rossa; inoltre avendo l’area nel retro di una goccia un punto focale al suo interno lo spettro lo attraversa, e così la luce rossa appare più alta nel cielo, formando i colori esterni dell’arcobaleno. Queste informazioni non sono del tutto inutili, la luce e la diversità dei colori sono intorno a noi, ma spesso vengono vissuti in modo scontato senza sapere la loro natura. Come l’arcobaleno non è un dono o il sorriso di dio, regalato agli uomini dopo il temporale, come spesso viene detto ai bambini, bensì è un evento scientifico e precisamente è un fenomeno ottico. La Materia è intorno all’Uomo essendo l’Uomo stesso Materia, e questo è un dato poichè la Materia è Scienza e non una preghiera. L’arcobaleno, essendo un fenomeno ottico, la sua posizione nel cielo è sempre dalla parte opposta rispetto al sole e il suo interno è sempre leggermente più luminoso dell’esterno. Tutte le gocce di pioggia rifrangono la luce solare nello stesso modo, ma solo la luce di alcune gocce raggiunge l’occhio umano: questa luce è quella che costituisce l’arcobaleno. A causa della sua bellezza l’arcobaleno era nominato all’interno delle leggende mitologiche; per esempio il Corpo di Arcobaleno è un concetto importante nel Buddismo Tibetano, nella mitologia Hindu l’arcobaleno è chiamato Indradhanush, con il significato di arco di Indra, il dio del fulmine e del tuono. Altri due esempi : nella mitologia cinese l’arcobaleno era una spaccatura nel cielo sigillata dalla dea Nuwa con pietre di sette colori differenti, oppure all’interno della mitologia norrena l’arcobaleno è chiamato Ponte di Bifrost e collega il regno di Asgaror (ossia la dimora delle divinità) con il regno Miogaror (ossia la dimora degli uomini). Le differenti lunghezze d’onda vengono interpretate dal cervello umano come colori, che vanno dal rosso delle lunghezze d’onda maggiori, ossia frequenze più basse, al violetto delle lunghezze d’onda minori, frequenze più alte. Non esiste una relazione biunivoca tra i colori che percepisce l’Uomo e le lunghezze d’onda, in quanto tutte le radiazioni luminose che il nostro occhio percepisce dall’ambiente non sono completamente pure, perché in realtà sono una sovrapposizione di luci di diverse lunghezze d’onda. Quindi ad ogni lunghezza d’onda è associabile un colore, ma non il contrario. Le frequenze immediatamente al di fuori dello spettro percettibile dall’occhio umano vengono chiamate ultravioletto (UV) per le alte frequenze, e infrarosso (IR) per le basse. Anche se l’Uomo non riesce a vedere l’infrarosso, viene percepito dai ricettori della pelle come calore. Tutte le lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico a partire dalla luce visibile, escludendo le parti minoritarie dei raggi X, delle onde radio, sono fonte di calore. Ci sono telecamere in grado di captare i raggi infrarossi e convertirli in luce visibile chiamati visori notturni; alcuni animali, come le api, riescono a vedere gli ultravioletti, altri insetti invece riescono a vedere gli infrarossi. Lo spettro visibile è quella parte dello spettro elettromagnetico che cade tra il rosso e il violetto includendo tutti i colori percepibili dall’occhio umano. I primi studi dello spettro visibile furono condotti da Isaac Newton nel suo trattato “Opticks” e da Goethe nel suo saggio “Teoria dei colori”. Newton per primo usò il termine “spettro”, dal latino spectrum ossia “apparenza”; notò infatti che quando un raggio di luce colpiva una superficie di un prisma di vetro con un certo angolo, una parte del raggio veniva riflessa, mentre la parte restante attraversava il prisma e ne usciva scomposta in bande colorate. Newton ipotizzò che la luce fosse composta da particelle di differenti colori e che ogni colore viaggiasse con una propria velocità, compresa tra quella del rosso, il più veloce, e quella del violetto, il più lento. Ne conseguiva che ogni colore subiva la rifrazione in modo diverso, cambiando traiettoria e separandosi dagli altri. Newton divise lo spettro in sette colori diversi: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e violetto. Lo studio di oggetti basato sullo spettro della luce visibile che essi emettono è chiamato spettroscopia e un importante campo di ricerca della spettroscopia si ritrova nell’astronomia; infatti la spettroscopia è fondamentale per l’analisi delle proprietà fisiche dei corpi celesti. La spettroscopia astronomica utilizza reticoli di diffrazione con alto potere di dispersione, in modo da ottenere un’altissima risoluzione. Si possono rilevare elementi chimici che compongono un corpo celeste attraverso le linee di emissione e di assorbimento; per esempio l’elio fu scoperto proprio attraverso l’analisi spettroscopica della luce solare. Inoltre misurando lo spostamento delle linee spettrali si riesce a ricavare il valore del redshift di un corpo celeste, per esempio il primo esopianeta fu scoperto analizzando questo spostamento. Concludendo, esaminiamo il colore nero, che può essere definito come l’impressione visiva che viene sperimentata quando nessuna luce visibile raggiunge l’occhio umano, che combina tutti i colori della luce, che stimolano in maniera uguale i tre tipi di recettori sensibili ai colori. I pigmenti che assorbono la luce piuttosto che rifletterla danno luogo al nero, anche se un pigmento nero risulta da una combinazione di diversi pigmenti che insieme assorbono tutta la luce, di ogni colore. Il nero è la mancanza di tutti i colori che formano la luce ed è, allo stesso tempo, una combinazione di più colori di pigmenti.  

Direttrice BdS Lombardia Segretario provinciale DA Lombardia

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Fisica

Forse abbiamo scoperto un nuovo organo nella nostra testa

Sembrerebbe essere il quarto tipo di ghiandole salivari maggiori, posto nello spazio in cui la cavità nasale incontra la gola. Ma serviranno ulteriori studi per poter confermare la scoperta di un nuovo organo

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Dopo centinaia di studi sull’anatomia, il corpo umano sembra riservarci ancora tante sorprese. L’ultima, infatti, è la scoperta di un nuovo organo, rimasto finora nascosto all’interno della nostra testa. Ad accorgersene, per caso, sono stati i medici del Netherlands Cancer Institute, mentre stavano sottoponendo alcuni loro pazienti a un innovativo esame diagnostico che permette di visualizzare nel dettaglio i tumori.

Come raccontano i ricercatori sulle pagine della rivista Radiotherapy and Oncology, dall’esame è emerso per caso un misterioso insieme di ghiandole salivari nascoste all’interno della testa dei pazienti, posizionato precisamente nello spazio in cui la cavità nasale incontra la gola.

Le ghiandole salivari, ricordiamo, sono addette alla produzione di saliva, essenziale per il corretto funzionamento del nostro sistema digerente. La maggior parte di questo fluido, come viene spiegato in tutti i manuali di anatomia, viene prodotto da tre principali tipi di ghiandole: la parotide, la sottomandibolare e la sottolinguale. A queste si aggiungono circa mille ghiandole salivari minori, sparse nelle labbra e nella mucosa interna dalla bocca alla faringe, talmente minuscole da essere difficilmente osservate senza un microscopio.

Ma ora, secondo il nuovo studio, potrebbe esserci un organo in più, ovvero un quarto tipo di ghiandole salivari maggiori. “Abbiamo tre grandi ghiandole salivari, ma non lì”, spiega Wouter Vogel, tra gli autori della scoperta. “Per quanto ne sappiamo, le uniche ghiandole salivari o mucose poste nella rinofaringe sono microscopicamente piccole. Quindi, potete immaginare la nostra sorpresa quando le abbiamo trovate”.

 

Esaminando una serie di scansioni di 100 pazienti affetti dal tumore, i ricercatori hanno osservato, tramite l’innovativa tecnica di imaging Psma/Pet/Ct, che tutti presentavano una paio di ghiandole, finora mai documentate, molto simili alle quelle salivari: sono, infatti, collegate a grandi condotti di drenaggio, indizio che porta a pensare a un possibile incanalamento dei fluidi.

Dati, perciò, che suggeriscono come queste ghiandole possano essere la quarta serie di ghiandole salivari, situata dietro il naso e sopra il palato, vicino al centro della nostra testa. “Le chiamiamo ghiandole tubariche, in riferimento alla loro posizione anatomica (sopra il torus tubarius)”, spiega Matthijs Valstar dell’Università di Amsterdam, co-autore dello studio.

Il motivo per cui siano rimaste finora nascoste non è ancora del tutto chiaro, anche se i ricercatori ipotizzano che “la loro posizione è difficilmente accessibile e sono necessarie immagini molto sensibili per rilevarle”. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche su un campione di partecipanti molto più ampio per poter confermare questi risultati, la scoperta potrebbe aiutare a spiegare il perché i pazienti che si sottopongono alla radioterapia riportano spesso condizioni croniche, come la secchezza delle fauci (xerostomia) e problemi di deglutizione (disfagia).

“Poiché queste misteriose ghiandole non erano note ai medici”, commentano gli autori, “nessuno ha mai cercato di risparmiarle da questi trattamenti”. Ma c’è chi si è dimostrato scettico a etichettare queste nuove ghiandole come un nuovo organo. Per esempio, Alvand Hassankhani, radiologo dell’Università della Pennsylvania, ha riferito al New York Times che esistono oltre mille ghiandole minuscole, “così piccole da essere difficili da trovare. È possibile che i ricercatori olandesi, quindi, abbiano trovato un modo migliore per identificare una serie di ghiandole salivari minori”.

 

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Perché questo è il momento di andare su Marte

Una rassegna delle prossime avventure dirette verso il Pianeta rosso, in un video di Nature

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Saranno tre nei prossimi mesi le missioni dirette su Marte. Vedranno coinvolte Stati UnitiCina ed Emirati Arabi, saranno tutte caratterizzate dalla presenza di robot e mosse dalla curiosità di saperne di più sulla potenziale abitabilità pianeta rosso.

Gli Usa stanno per lanciare il loro quinto rover sviluppato ad hoc per Marte, Perseverance, che andrà a caccia di tracce di vita presente o remota tra le polveri e le rocce del pianeta. Gli scienziati cinesi sono invece alla loro prima volta con un rover marziano, mossi forse dal successo della loro ultima missione diretta sulla Luna. Gli Emirati Arabi, dal canto loro, si stanno preparando a sguinzagliare attorno a Marte un orbiter per investigarne l’atmosfera.

In questo video, diffuso da Nature, ecco le tre missioni in rassegna, e perché tutto questo sta succedendo proprio adesso.


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Una corsa allo spazio per superare i conflitti mediorientali

Il prossimo 14 luglio, gli Emirati Arabi Uniti si preparano a lanciare la missione al-Amal per l’osservazione di Marte: è una testimonianza significativa delle aspirazioni scientifiche ed economiche del paese e della possibilità di uno sviluppo di tutta l’area mediorientale svincolato dal petrolio e dalle armi

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La sonda al-Amal (© Government of Dubai Media Office)

Tra i molti sviluppi inaspettati del 2020, potrebbe essere rassicurante notare che il nostro universo talvolta funziona con un certo grado di prevedibilità. Molti eventi astronomici possono essere previsti con certezza matematica. All’incirca ogni due anni, la Terra e Marte, percorrendo le rispettive orbite intorno al Sole, raggiungono la distanza minima tra loro. Questa vicinanza orbitale offre una finestra per l’invio di veicoli spaziali sul nostro vicino.

Quest’estate ci offre una di queste opportunità per l’esplorazione marziana: per il 2020 sono in programma quattro missioni sul Pianeta Rosso. Rosalind Franklin, una missione congiunta europea e russa basata su rover, è stata rinviata al 2022 a causa delle interruzioni per la pandemia di COVID-19. La missione al-Amal (speranza, in italiano) degli Emirati Arabi Uniti è prevista per il 14 luglio 2020. È la prima impresa di questo genere in Medio Oriente e promuove le ambizioni di Emirati.

Il nome della sonda degli Emirati riflette le grandi aspirazioni scientifiche ed economiche del paese come potenza spaziale emergente. L’orbiter senza equipaggio osserverà l’atmosfera marziana, compresi eventi atmosferici come le tempeste di polvere, che caratterizzano in modo rilevante il clima dell’Arabia. Più in generale, la missione marziana degli Emirati mira a far progredire le capacità tecnologiche del Paese e a spingere i giovani degli Emirati a intraprendere carriere scientifiche e ingegneristiche.

In questo senso, l’impresa fa anche parte di una strategia a lungo termine perseguita dalle nazioni del Golfo per svincolarsi dal petrolio e dal gas e costruire un’economia basata sulla conoscenza.

Tali ambizioni tecnologiche sono inseparabili da quelle politiche. La spinta a creare un’economia della conoscenza non consiste solo nel diversificare le fonti di reddito dello stato. Ampliando le opportunità di occupazione, gli Emirati Arabi Uniti sperano di creare posti di lavoro per i giovani, le cui frustrazioni potrebbero altrimenti causare instabilità. Inoltre, i grandi progetti scientifici sono una dimostrazione simbolica di leadership e di soft power. Un paese capace di progetti spaziali complessi è un paese proiettato al futuro.
La sonda dovrebbe raggiungere Marte nel 2021. Questo coinciderà con il cinquantesimo anniversario della formazione degli Emirati Arabi Uniti.

Se la missione marziana al-Amal riguarda tanto il potere quanto la scienza, potrebbe esacerbare le rivalità esistenti in Medio Oriente? Una corsa allo spazio potrebbe portare le corse agli armamenti regionali a un nuovo livello? I canali satellitari come Al Jazeera del Qatar sono già stati coinvolti in aspre dispute e i lanciatori iraniani hanno sollevato preoccupazioni sul potenziale militare del paese. Altri veicoli spaziali, come razzi, missili e droni, potrebbero alimentare una miscela esplosiva?

La sonda degli Emirati non trasporta armi. Tuttavia, non è troppo eccessivo chiedersi se i paesi del Medio Oriente potrebbero seguire gli Stati Uniti nell’aggiungere forze spaziali alle loro agenzie governative. I sistemi dual use, come i razzi della corsa allo spazio della Guerra Fredda tra Stati Uniti e Unione Sovietica, possono servire a scopi sia pacifici sia bellici. Ugualmente, i satelliti per l’osservazione della Terra possono essere usati sia per il monitoraggio ambientale sia per lo spionaggio.

I conflitti futuri non farebbero che riprodurre le dinamiche già esistenti in Medio Oriente. Tuttavia, si spera che la missione marziana degli Emirati Arabi Uniti si discosti da questo cammino e contribuisca alla pace. Proprio come la maggior parte dei grandi progetti scientifici, essa dipende dallo scambio e dalla collaborazione internazionale.

Le istituzioni americane, come l’Università del Colorado a Boulder, sono state partner essenziali del Centro spaziale Mohammed Bin Rashid di Dubai nella costruzione della sonda. La Mitsubishi Heavy Industries si occuperà del lancio da un sito in Giappone. Non è molto diverso da quanto fatto dagli Stati Uniti, che si sono affidati ai razzi russi per il volo spaziale umano tra la fine del programma Space Shuttle nel 2011 e il volo SpaceX Demo-2 verso la Stazione Spaziale Internazionale di quest’anno. La cooperazione scientifica potrebbe non risolvere i conflitti, ma come minimo l’interdipendenza tecnologica potrebbe evitare che diventino troppo distruttivi.

I governi del Medio Oriente dovrebbero estendere ai loro vicini le collaborazioni esistenti in campo spaziale con paesi lontani dell’Asia o del Nord America. La regione ha molte altre risorse oltre al petrolio e al denaro. Nonostante le sanzioni, l’Iran ha accumulato un’esperienza impressionante in materia di veicoli di lancio. Il Qatar sa come gestire canali satellitari di grande successo. Israele ha alcune delle principali università e società tecnologiche del Medio Oriente. Anche lo Yemen, per quanto devastato dalla guerra, potrebbe contribuire con le sue montagne, fornendo siti di osservazione. Tutti i Paesi hanno popolazioni ricche di molto fantasiose e creative che vorrebbero trascendere i conflitti sul territorio o sulla religione. Una visione della Terra dallo spazio fa scomparire all’istante i confini nazionali e le mappe delle opposte fazioni.

Lo scambio, la cooperazione e la comprensione reciproca in campo spaziale non devono necessariamente partire da zero. Esistono già diversi forum che dovrebbero essere ulteriormente valorizzati. Da molti decenni l’Unione Astronomica Internazionale e la Federazione Astronautica Internazionale organizzano incontri. A livello regionale, l’Unione Araba per l’astronomia e le scienze spaziali e la Società Astronomica Araba fanno lo stesso. L’ingegnere iraniano-americano e astronauta Anousheh Ansari, simbolo vivente del superamento delle divisioni, ha sostenuto organizzazioni come Astronomi senza frontiere. Dovremmo seguire il suo esempio.

L’autore
Jörg Matthias Determann è professore associato di storia alla Virginia Commonwealth University, in Qatar. È anche redattore associato della Review of Middle East Studies. I suoi interessi si concentrano sulla storia della scienza e delle ricerche e sulla storia del mondo musulmano. Ha pubblicato tre libri: Historiography in Saudi Arabia: Globalization and the State in the Middle EastResearching Biology and Evolution in the Gulf States: Networks of Science in the Middle East, e Space Science and the Arab World: Astronauts, Observatories and Nationalism in the Middle East. Attualmente sta completando un quarto libro dal titolo Islam, Science Fiction and Extraterrestrial Life: The Culture of Astrobiology in the Muslim World. È possibile seguirlo su Twitter @JMDetermann.

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Nature Middle East” il 30 giugno 2020.)


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Antonella Nonni Avatar Antonella Nonni
31 January 2020

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