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L'effetto
Doppler
Annibale D'Ercole
Osservatorio Astronomico - Bologna
Nel 1842, a Vienna, Christian Doppler
(1803–1853) scoprì un effetto fisico che porta il suo nome e che ha
un’importanza straordinaria in astrofisica e cosmologia. L’effetto Doppler si
applica a tutti i fenomeni ondulatori, e dunque alla propagazione dei fenomeni sonori e
luminosi (nei primi è l’aria ad essere compressa e dilatata periodicamente, mentre i
secondi vengono prodotti da un’oscillazione concertata di un campo elettrico e di un
campo magnetico). Nella vita quotidiana ci possiamo rendere conto dell’influenza dell’effetto Doppler sui fenomeni sonori. Un osservatore che si trova sulla banchina di una stazione attraversata da un treno di passaggio percepisce un cambiamento nel suono associato alla sirena del treno mentre questo dapprima si avvicina, passa e successivamente si allontana. Oltre all’ovvio cambiamento nell’intensità del suono, che aumenta quando il treno è in avvicinamento e diminuisce quando il treno si allontana, vi è anche una variazione della frequenza percepita. Il suono infatti ha un tono più alto mentre il treno si avvicina e più basso nel caso opposto. Al contrario, un viaggiatore posto sul treno non percepisce alcun cambiamento. L’effetto
Doppler si verifica perché cambia il tempo che il suono impiega per raggiungere
l’osservatore fermo sulla banchina. Così come la frequenza di un suono (o, alternativamente, la sua lunghezza d’onda) è associata alla sua tonalità, la frequenza di un’onda luminosa visibile ne determina il colore. La luce di colore rosso è composta da onde elettromagnetiche di minore frequenza (ovvero di maggiore lunghezza d’onda) rispetto alla luce blu. Pertanto il segnale luminoso posto su un’ambulanza dovrebbe apparire più blu quando questa si avvicina, e più rosso quando si allontana. In realtà, essendo la velocità dell’ambulanza enormemente più bassa di quella della luce (pari a circa 300.000 km/s), l’effetto Doppler risulta trascurabile, e la luce appare sempre dello stesso colore. In astrofisica, però, i corpi celesti sono dotati di
velocità elevate che, per quanto più basse di quella della luce, non sono tuttavia del
tutto trascurabili. Le atmosfere stellari sono composte da atomi che, data l’elevata
temperatura, emettono radiazione a lunghezze d’onda ben precise; l’emissione di
radiazione ad una determinata lunghezza d’onda viene detta riga.
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