Gli scienziati della Radboud University sono riusciti a fare ciò che non era mai stato provato prima:descrivere con precisione come le molecole di ossigeno in collisione assorbono la luce. La nostra atmosfera è composta da circa il 20% di molecole di ossigeno, che si scontrano costantemente tra loro e con l'80% delle molecole di azoto, e così facendo assorbire la luce. La nuova teoria descrive il meccanismo con cui ciò avviene. Questa scoperta consentirà ai ricercatori del clima di determinare in modo molto più accurato le concentrazioni delle molecole che inquinano l'atmosfera e contribuiscono all'effetto serra.

Con l'aiuto dei satelliti nello spazio, siamo in grado di misurare con precisione i principali inquinanti e gas serra presenti nell'atmosfera. Per farlo, i satelliti osservano lo spettro della luce solare che attraversa l'atmosfera. Le molecole di vari gas atmosferici assorbono la luce solare, e questo assorbimento avviene a lunghezze d'onda diverse per ciascun gas. Poiché l'"impronta digitale" (lo spettro) di ciascuno dei diversi gas è nota, gli scienziati ora sanno di più sulla presenza e la concentrazione di ciascuno di questi gas.

Per correggere queste misurazioni per gli effetti delle nuvole e dei cambiamenti nella pressione dell'aria, l'assorbimento di ossigeno è misurato come riferimento, perché sappiamo esattamente quanto ossigeno è presente nell'atmosfera. Gli scienziati della Radboud University ora mostrano che l'"impronta digitale" dell'ossigeno è diversa da quella che si credeva fosse, perché è fortemente influenzato dalle collisioni con l'azoto e dalle collisioni con altre molecole di ossigeno.

Assorbimento della luce a causa della collisione

Ossigeno, sotto forma di molecole di O2, è, dopo azoto (N2), il gas più diffuso nell'atmosfera. Le molecole stabili non sono quasi mai magnetiche, ma l'ossigeno lo è. Quando una molecola di ossigeno o azoto si scontra con un'altra particella, c'è uno spostamento delle cariche elettriche nella molecola. Si crea un dipolo che funge da antenna, permettendo alla molecola di assorbire la luce. La teoria che è stata ora sviluppata mostra che, contrariamente alle aspettative, l'effetto delle collisioni dell'ossigeno con altre molecole di ossigeno è molto diverso dall'effetto delle collisioni con le molecole di azoto. È dimostrato che la ragione di questa differenza è che l'ossigeno è magnetico mentre l'azoto non lo è.

Misurazione dell'assorbimento

Gli scienziati hanno esaminato questo inizialmente con un esperimento:in un serbatoio con gas ossigeno, hanno misurato lo spettro di assorbimento della luce da parte delle molecole di ossigeno a diverse pressioni. Se la pressione aumenta, le molecole si scontrano più frequentemente tra loro con conseguente maggiore assorbimento della luce, ma cambia anche la forma dello spettro di assorbimento. Per capire questo, gli scienziati hanno sviluppato una nuova teoria complicata per l'assorbimento della luce attraverso la collisione di molecole di ossigeno. Con l'aiuto di questa teoria, le misurazioni satellitari dell'atmosfera possono essere interpretate in modo più accurato.

sembrava impossibile...

Non era affatto certo che lo sviluppo di un buon modello per l'assorbimento della luce mediante la collisione di molecole di ossigeno avrebbe avuto successo. Il professore di chimica teorica Gerrit Groenenboom:"Alcuni scienziati hanno detto che non saremmo mai stati in grado di farlo. E quando abbiamo iniziato, sembrava che nessun metodo potesse fornire risultati affidabili. In definitiva, con l'uso di un metodo di nuova concezione, siamo riusciti a dimostrare che, nonostante un certo grado di incertezza, la forma dello spettro può essere prevista con precisione." È stato anche dimostrato che questa forma può essere descritta con una funzione analitica, che è conveniente per applicazioni future.

Stesso esperimento, risultato diverso

Anche gli astronomi sono stati aiutati dalle scoperte degli scienziati. Gli scienziati che esaminano l'atmosfera utilizzano il database HITRAN dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, che contiene gli spettri di una vasta collezione di molecole. Però, le misurazioni dello spettro dell'ossigeno da parte di due diversi gruppi di ricerca hanno fornito risultati molto diversi. Non era chiaro quale dei risultati fosse sufficientemente affidabile per essere incluso nel database. Questo problema potrebbe essere risolto con l'ausilio del modello teorico sviluppato a Nijmegen:la forma della linea risultante da una delle due misurazioni si è dimostrata sostanzialmente diversa dalla teoria.

Ciò non significa che l'esperimento stesso non fosse corretto, ma piuttosto la sua interpretazione. Il ricercatore Tijs Karman:"Anche gli astronomi usano questo database per interpretare gli spettri dall'atmosfera degli esopianeti e, Per esempio, per vedere se l'ossigeno è presente, che è considerato un segno di vita».