Dal Sole come da ogni stella giungono a noi costantemente i raggi solari o onde elettromagnetiche che classifichiamo secondo la lunghezza d’onda di ciascuna:
le onde lunghe radio e infrarossi
le onde medie o luce visibile
le onde corte o ultravioletti.
Solo una parte dei raggi solari giunge fino sulla superficie terrestre, perché una parte cospicua viene fermata dallo scudo di ozono che avvolge la Terra.
L’ozono O3 trattiene circa il 77% dei raggi ultravioletti, raggi che possono essere particolarmente nocivi, perché possono danneggiare il DNA cellulare causando il cancro.
Un altro schermo importante è costituito dall’umidità atmosferica, le nuvole. Le nuvole diventano sia uno schermo in entrata che in uscita.
I gas emessi naturalmente da sempre dalla decomposizione dell’erba, delle piante, del plancton oceanico.
Infine i gas emessi dall’uomo con le attività industriali.
Umidità, decomposizione vegetale e industria sono la fonte dei gas serra: anidride carbonica, metano, gas al fluoro…
Le onde elettromagnetiche si suddividono per la loro lunghezza, che si misura in nanometri.
Onde radio
Le onde radio sono molto lunghe: più di 1 mm.
Infrarossi
Gli infrarossi hanno una lunghezza d’onda di 1400 nm, e inversamente una frequenza d’onda bassa. L’infrarosso non si vede ma si sente il calore.
Appena più corta dell’infrarosso c’è la luce rossa, che è visibile.
La onde luminose
La luce rappresenta una piccola parte delle onde elettromagnetiche. I nostri occhi vedono lunghezze tra 360 e 800 nanometri, tra il rosso e il violetto, e in mezzo lo spettro dell’arcobaleno.
Le onde elettromagnetiche della luce visibile prossime a 650 nm sono rosse e sono importanti per la fotosintesi clorofilliana. In autunno si riduce la luce rossa, la verde clorofilla non lavora più e la foglia muore.
La luce viola è la più corta fra le visibili. Più corto del violetto c’è l’ultravioletto che noi non vediamo, ma che invece è visto da insetti ed uccelli.
Gli ultravioletti
Il 10% dei raggi emessi dal Sole sono ultravioletti.
Gli ultravioletti hanno una lunghezza d’onda di 100 nm, e inversamente hanno una frequenza d’onda alta.
Esistono tre tipi di ultravioletti: A, B e C.
Gli UVB trasformano il colesterolo in Vit.D. L’UVB è l’attivatore naturale della vit. D, e l’ora più adatta è dalle 10 alle 16.
L’ultravioletto penetra nella pelle, stimola i melanociti, i quali abbronzano la pelle, oppure irritano causando eritemi solari, possono anche alterare il DNA cellulare causando il cancro. Per queste ragioni la tintarella, quando il Sole è allo zenit, è pericolosa.
Raggi X
Le onde più corte sono i raggi X hanno lunghezza 10-0,01 nm, nanometro 10−9 m, sono radiazioni ionizzanti. Penetrano molto in profondità. I raggi X solari ionizzano gli atomi neutri di ossigeno ed azoto dell’atmosfera terrestre, causando le aurore boreali e australi. L’imponenza delle aurore è legata all’attività solare di 11 anni: la prossima massima attività del Sole è prevista per il 2025.
La modesta lunghezza d’onda dei raggi X ci permette di vedere la struttura le molecole cristalline, infatti le altre molecole vengono distrutte dai raggi X stessi.
Raggi gamma
Lunghezza d’onda minore di 3×10−13 m.
Il Sole è colpito da raggi cosmici, nell’atmosfera solare rimbalzano e si trasformano in raggi gamma che giungono fino a noi.
Natura della luce onda e corpuscolo
Newton a fine seicento afferma che la luce è composta da corpuscoli sparati dagli oggetti verso il nostro occhio, come i proiettili sparati in modo continuo da una mitragliatrice, ma già nel 1704 Newton ipotizza che sia simile all’oscillazione ondosa.
Nel 1803 Young Thomas dimostra la natura ondulatoria della luce, analoga al moto ondoso dell’acqua. Wp, Co.
Solo nel novecento Planck e Einstein affermano la duplice natura ondulatoria e corpuscolare della luce, perché la luce non è emessa in modo continuo, ma doveva essere fatta da piccoli pacchetti di energia.
L’energia della radiazione elettromagnetica non è distribuita su tutta l’onda, ma è concentrata in singoli pacchetti energetici detti quanti.
Louis de Broglie (1892 – 1987) ipotizzò che non solo la luce ha comportamento duplice (massa e onda), ma anche tutta la materia (elettroni, protoni,…). La materia è massa o onda a seconda di come la si guarda.
Heisenberg (1901 – 1976) afferma che nello stesso istante non si può vedere la massa e l’onda, ma o l’una o l’altra.
Effetto fotoelettrico
L’effetto fotoelettrico suggerisce la natura corpuscolare della luce.
L’effetto fotoelettrico compare quando la radiazione elettromagnetiche colpisce una superficie metallica che subito emette elettroni.
L’elettrone viene scalzato via non da tutta l’onda ma da un singolo fotone.
L’energia del singolo fotone dipende dalla frequenza e dalla lunghezza dell’onda elettromagnetica.
L’energia per scalzare l’elettrone varia da metallo e metallo: per scalzare un elettrone dal nichel ci vuole doppia energia che per scalzarlo dal potassio.
I fotoni sono particelle prive di massa che colpiscono particelle vere e proprie come ad esempio gli elettroni.