La moderna ricerca astronomica ha accumulato una sorprendente ricchezza di conoscenza dell'universo nonostante le limitazioni estreme di osservazione e raccolta dei dati. Gli astronomi riportano regolarmente informazioni dettagliate su oggetti che si trovano a migliaia di miliardi di chilometri di distanza. Una delle tecniche essenziali dell'indagine astronomica riguarda la misurazione della radiazione elettromagnetica e l'esecuzione di calcoli dettagliati per determinare la temperatura di oggetti distanti.

Dalla temperatura al colore

Il colore della luce irradiata da una stella rivela la sua temperatura e la temperatura di una stella determina la temperatura di oggetti vicini come i pianeti. La luce viene prodotta quando le particelle atomiche cariche vibrano e rilasciano energia come particelle di luce, note come fotoni. Poiché la temperatura corrisponde all'energia interna di un oggetto, gli oggetti più caldi emetteranno fotoni di maggiore energia. L'energia dei fotoni determina la lunghezza d'onda, o il colore, della luce; quindi, il colore della luce emessa da un oggetto è un'indicazione della temperatura. Questo fenomeno non è osservabile, tuttavia, fino a quando un oggetto diventa estremamente caldo - circa 3.000 gradi Celsius (5.432 gradi Fahrenheit) - perché le temperature più basse si irradiano nello spettro infrarosso piuttosto che nello spettro visibile.

Blackbodies celesti

Il concetto di un corpo nero è essenziale per misurare la temperatura degli oggetti astronomici. Un corpo nero è un oggetto teorico che assorbe perfettamente l'energia da tutte le lunghezze d'onda della luce. Inoltre, l'emissione di luce da un corpo nero non è influenzata dalla composizione dell'oggetto. Ciò significa che un corpo nero emette luce in base a un determinato spettro di colori che dipende esclusivamente dalla temperatura dell'oggetto. Le stelle non sono blackbodies ideali, ma sono abbastanza vicine da consentire un'accurata approssimazione della temperatura in base alle lunghezze d'onda di emissione.

Molte lunghezze d'onda, un picco

Una semplice osservazione visiva non rivela la temperatura di una stella perché la temperatura determina la lunghezza d'onda di picco delle emissioni, non l'unica lunghezza d'onda di emissione. Le stelle appaiono generalmente biancastre perché i loro spettri di emissione coprono un'ampia gamma di lunghezze d'onda e l'occhio umano interpreta una miscela di tutti i colori come luce bianca. Di conseguenza, gli astronomi usano filtri ottici che isolano determinati colori, quindi confrontano le intensità di questi colori isolati per determinare il picco approssimativo dello spettro di emissione di una stella.

Riscaldato da una stella

Le temperature planetarie sono più difficile da determinare perché le caratteristiche di assorbimento e di emissione di un pianeta potrebbero non essere adeguatamente simili alle caratteristiche di assorbimento e di emissione di un corpo nero. L'atmosfera e i materiali superficiali di un pianeta possono riflettere quantità significative di luce e parte dell'energia assorbita viene trattenuta dall'effetto serra. Di conseguenza, gli astronomi stimano la temperatura di un pianeta lontano attraverso calcoli complessi che tengono conto di variabili quali la temperatura della stella più vicina, la distanza del pianeta dalla stella, la percentuale di luce riflessa, la composizione dell'atmosfera e la rotazione del pianeta caratteristiche.