1.

Introduzione

Spettro In ottica, serie di colori, ottenuta dalla separazione di un raggio di luce bianca nelle sue diverse componenti: nell'ordine, violetto, blu, verde, giallo, arancione, rosso (un tempo anche l'indaco era riconosciuto tra i colori fondamentali). L'esempio più noto è l'arcobaleno, uno spettro naturale prodotto da fenomeni meteorologici, simili a quelli che si producono quando un raggio di sole attraversa un prisma di vetro.

2.

Formazione dello spettro luminoso

La prima spiegazione corretta del fenomeno fu avanzata nel 1666 dal matematico e fisico inglese Isaac Newton. Un raggio luminoso che attraversa la superficie di separazione fra due mezzi trasparenti, come aria e vetro, o aria e acqua, subisce una rifrazione, ossia viene deviato dal cammino originario. L'entità della deviazione dipende dalla lunghezza d'onda della luce interessata; così un raggio di luce violetta, ad esempio, subisce una deviazione maggiore rispetto a un raggio di luce rossa. È in conseguenza di questo fenomeno che, quando un raggio di luce bianca, sovrapposizione di radiazione luminosa di frequenze diverse, attraversa le superfici di separazione aria-vetro e vetro-aria del prisma di vetro, viene scomposto nelle sue componenti fondamentali.

I diversi colori di cui la luce è costituita sono tipi di radiazione elettromagnetica, e in quanto tali differiscono per il valore della lunghezza d'onda o equivalentemente della frequenza, ma sono caratterizzati dalla stessa velocità di propagazione nel vuoto, pari a circa 300.000 km/sec. Due raggi luminosi con la stessa lunghezza d'onda hanno la stessa frequenza, trasportano la stessa energia e appaiono dello stesso colore. L'unità di misura più conveniente per esprimere la lunghezza d'onda è il nanometro (nm), che equivale a un miliardesimo di metro (un milionesimo di millimetro). La lunghezza d'onda della luce violetta varia tra i 400 e i 450 nm; quella della luce rossa tra i 620 e i 760 nm.

1.

Oltre lo spettro della luce

Durante il XIX secolo si scoprì che lo spettro elettromagnetico comprendeva anche la radiazione ultravioletta e la radiazione infrarossa, entrambe esterne alla banda del visibile. La definizione del termine spettro fu di conseguenza ampliata per includere la radiazione invisibile: l'infrarosso e le onde radio con lunghezze d'onda più grandi di quella del rosso, i raggi X e i raggi gamma per le lunghezze d'onda inferiori a quella del violetto.

3.

Studio dello spettro elettromagnetico

La spettroscopia è la scienza che utilizza la misura di spettri per le sue indagini: lo spettroscopio è lo strumento che permette di produrre e osservare uno spettro, lo spettrografo permette di registrarlo fotograficamente; la misura dell'intensità delle singole componenti richiede invece l'uso di uno spettrofotometro. Per misure spettroscopiche particolarmente accurate si ricorre all'interferometro.

La spettroscopia ha fornito anche un metodo importante ed estremamente preciso di analisi chimica, ed è stata inoltre il principale strumento per le scoperte in campi apparentemente distanti come l'astrofisica e la fisica atomica. In generale, i cambiamenti di posizione degli elettroni più esterni di un atomo danno luogo a emissione di radiazione, e quindi generano uno spettro di luce visibile, infrarossa e ultravioletta. La variazione di posizione degli elettroni più interni, invece, produce spettri di raggi X. Le modifiche nella configurazione dei nuclei atomici producono spettri gamma, e infine le variazioni di configurazione delle molecole generano anch'essi spettri nel visibile e nell'infrarosso (vedi Luminescenza).

4.

Spettri di altra natura

In ambito scientifico, oggi il termine 'spettro' viene applicato a qualunque scomposizione ordinata proveniente dall'analisi di un fenomeno complesso. Un suono come il rumore, ad esempio, può essere analizzato in uno spettro acustico e scisso in vari toni di diversa altezza. Analogamente, una mescolanza di atomi o molecole ionizzate di vario peso atomico si può separare, mediante l’uso di uno strumento chiamato spettrometro di massa, in una sequenza ordinata chiamata spettro di massa.