Il telescopio spaziale James Webb e la zanzara hanno qualcosa in comune: entrambi possono vedere la radiazione infrarossa invisibile all’uomo.
E non sono gli unici segni che ci sfuggono. Nonostante viviamo immersi in un oceano di segnali, possiamo vederne solo una piccola parte, l’occhio umano è limitato. I raggi X, la luce visibile emessa da un LED e le onde radio sono essenzialmente la stessa cosa: le onde elettromagnetiche.
Il Sole è l’origine e la causa
Nonostante quanto colorato e meraviglioso vediamo il mondo, l’essere umano ha davvero una visione alquanto limitata. Possiamo vedere solo una piccola gamma di lunghezze d’onda (colori) dello spettro elettromagnetico. La nostra visione è approssimativamente limitata all’intervallo tra 380 nm (viola) e 750 nm (rosso).
Questo fatto è dovuto principalmente all’adattamento evolutivo dei recettori (coni) posti nella retina, poiché la luce che ci arriva dal Sole è all’incirca tra questi valori, con un picco centrale in verde, intorno ai 550 nm.
I coni degli occhi nell’essere umano sono preparati a percepire la cosiddetta luce visibile attraverso tre colori: rosso, verde e blu. La retina ha anche altri tipi di recettori (bastoncelli), ma sono mirati alla visione notturna, poiché catturano solo la quantità di luce e non il colore.
Guarda il caldo
Alcuni animali hanno sviluppato i loro sistemi di visione per essere in grado di captare lunghezze d’onda al di fuori dello spettro visibile, invisibile all’uomo.
Le zanzare hanno preferenze di luce diverse a seconda che siano pungenti notturne o diurne. Ma generalmente possono vedere il calore corporeo (infrarossi), oltre ad essere attratti dall’odore di CO₂ emesso dai nostri corpi, che li fa trovare le loro vittime nell’oscurità.
Il James Webb Space Telescope è progettato principalmente per l’astronomia a infrarossi. Guarda il calore del cosmo. Ecco perché la sua posizione in un luogo freddo come lo spazio esterno è così importante, consentendogli di catturare temperature minime nei confini del conosciuto. Il James Webb Space Telescope ha compiuto un passo da gigante nella visione a infrarossi dell’universo.
Tornando al mondo animale, tutto ciò non significa che le zanzare, tra gli altri animali, vedano più colori degli umani, ma piuttosto che vedano i colori in modo diverso. Ad esempio, gli uccelli hanno un tipo di bacchetta che consente loro di vedere nell’ultravioletto, sebbene la sua funzione non sia ancora chiara. Le api possono anche vedere nell’ultravioletto, sebbene non possano vedere il rosso. Infatti il nettare di alcuni fiori è invisibile all’occhio umano, ma non alle api.
Essere o non essere luce, questo è il dilemma
Sebbene l’ultravioletto, con lunghezze d’onda immediatamente inferiori al viola, e il vicino infrarosso, con lunghezze d’onda immediatamente superiori al rosso, siano comunemente chiamati luce, quella che storicamente è stata chiamata luce è stata nell’intervallo del visibile dall’essere umano, per ovvi motivi, da quando altri intervalli non erano noti.
La prima radiazione non visibile scoperta fu quella infrarossa (Wilhelm Herschel, 1800), osservando, usando un termometro, che qualcosa oltre il rosso nello spettro elettromagnetico era in grado di produrre calore.
Un anno dopo, il fisico tedesco Johann Wilhelm Ritter scoprì la radiazione ultravioletta osservando come la radiazione invisibile oltre il viola oscurasse una soluzione di cloruro d’argento più velocemente della radiazione viola. Entrambi hanno utilizzato un prisma in stile newtoniano per scomporre la luce solare nel suo spettro di emissione.
Scoperte di altri tipi di onde elettromagnetiche si sono succedute durante il XIX e l’inizio del XX secolo: onde radio e microonde (Heinrich Rudolf Hertz, 1887), raggi X (Wilhelm Conrad Röntgen, 1895) e raggi gamma (Paul Ulrich Villard, 1900).
Così simili e così diversi
Le onde radio, la luce visibile e i raggi X, ad esempio, viaggiano alla velocità della luce nel vuoto (300.000 km/s) e sono quindi onde elettromagnetiche. Ciò che rende le loro applicazioni e interazioni con la materia così diverse è l’energia che trasportano, che è direttamente correlata alla frequenza alla quale i campi elettrici e magnetici che li formano oscillano mentre si propagano. A frequenza più alta, l’onda ha più energia (legge di Planck). Pertanto, i raggi gamma sono le più energetiche e le onde radio le meno energetiche nello spettro elettromagnetico.
La luce, intesa in modo del tutto generale, può comportarsi come un’onda o come una particella (fotone) a seconda delle proprietà che si misurano o dell’esperimento che si effettua. Indipendentemente da ciò, i fotoni possono essere generati da diversi processi: quando si verifica una transizione elettronica in un atomo o una molecola, quando si verifica un annichilazione particella-antiparticella o decelerando una particella con una carica elettrica.
La frequenza e, quindi, l’energia di ciascun fotone dipende dal processo che lo ha generato.
I raggi X possono essere prodotti dalla decelerazione degli elettroni dopo aver colpito un bersaglio o attraverso transizioni elettroniche tra gli orbitali interni di un atomo o una molecola. D’altra parte, la luce visibile è normalmente prodotta da transizioni elettroniche tra gli orbitali esterni di un atomo o di una molecola.
Sia i raggi X che i raggi gamma sono radiazioni elettromagnetiche ionizzanti (capaci di strappare elettroni dall’atomo), che possono causare alterazioni negli organi e nei tessuti, a seconda della quantità assorbita. Al contrario, le onde radio, le microonde e la luce infrarossa, visibile e ultravioletta non sono ionizzanti, quindi il loro pericolo è molto minore.
L’evoluzione delle specie è un fatto provato. Per il momento continueremo a goderci il mondo come lo vediamo, ma chissà se in un lontano futuro l’essere umano potrà vederlo pienamente, dall’ultravioletto all’infrarosso, ad occhio nudo. Sarebbe affascinante.
Autore
Francisco José Torcal Milla, Università di Saragozza
