Coelum Astronomia 222 - 2018 - Page 92

Un breve richiamo sull'effetto Zeeman

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L'effetto Zeeman consiste nell'allargamento o la divisione in più parti di una riga spettrale in presenza di un campo magnetico (figura in basso). In astrofisica, l'astronomo americano George Ellery Hale fu il primo a osservare tale effetto sul campo magnetico delle macchie solari, oggi sfruttato per ottenere magnetogrammi della superficie solare. Più in particolare si può definire l'effetto Zeeman come il fenomeno fisico collegato alla scomposizione dei livelli atomici di energia dovuta all'azione di un campo magnetico esterno. Pieter Zeeman, il fisico olandese che vinse nel 1902 il premio Nobel per la scoperta dell'effetto che da lui prese il nome, si accorse sperimentalmente che, in presenza di un campo magnetico orientato perpendicolarmente, alcune righe spettrali si scomponevano in tre righe diverse (effetto Zeeman ortogonale) mentre con un campo magnetico orientato parallelamente all'oggetto le righe della scomposizione erano due, e quella centrale scompariva (effetto Zeeman longitudinale). Successivamente ci si rese conto che la scomposizione era molto più complessa di quanto apparisse e, in relazione allo spin dell'elettrone si parlò di effetto Zeeman anomalo

o normale. Se la riga è in emissione si parla di

effetto diretto, mentre se è in assorbimento, di effetto Zeeman inverso.

Dal punto di vista dell'astronomia amatoriale, il fenomeno in questione è molto difficile da osservare, in quanto richiede poteri risolutivi spettrali molto elevati e una certa dimestichezza con le righe dello spettro solare per l'individuazione delle righe del ferro interessate al fenomeno, tra cui in primis quelle Fe1 a 6173,34 e 6302,50 Å, nel visibile. La registrazione dell'effetto Zeeman sulle righe solari costituisce quindi una vera sfida per l'amatore che si occupa di spettroscopia e per la sua strumentazione.

In genere sono le righe dei metalli, e in particolare quelle del ferro, ad essere sensibili ai campi magnetici, e tra queste quelle maggiormente sensibili e accessibili a una strumentazione amatoriale sono le seguenti, tutte nella parte visibile dello spettro elettromagnetico.

Fe I 6173,3 Å

Fe I 6302,6 Å

Fe I 6137,0 Å

In campo professionale vengono invece usate righe nel vicino infrarosso, principalmente quella a 15648 Å, che oltre a essere particolarmente sensibile ha anche il pregio di essere meno influenzabile dal seeing diurno. Particolare importanza ai fini della sensibilità ai campi magnetici assumono inoltre il fattore di Landè effettivo geff e, come si osserva dalla tabella nella pagina accanto, il parametro λgeff, ovvero il fattore di Landè per la lunghezza d’onda. Da quest’ultimo si comprende come l’osservazione della riga del ferro a 15648 Å dia una sensibilità in Å (λgeff = 46950) oltre tre volte superiore di quella a 6173 Å (λgeff = 15430). La misurazione dell’effetto Zeeman e dei campi magnetici viene altresì effettuata in luce polarizzata, avvantaggiandosi dei differenti stati di polarizzazione degli elementi dello splitting,

Sopra. Lo splitting Zeeman di una riga spettrale.