Luminosità e colore delle stelle

Cinque magnitudini corrispondono esattamente a un fattore 100 nella luminosità, quindi Sirio appare circa 25 volte più brillante della Stella Polare.

Una scala che va al contrario

Gli astronomi misurano la luminosità apparente delle stelle con la scala delle magnitudini, che all’inizio sorprende tutti: i numeri più piccoli indicano stelle più luminose. L’idea è antica. Il catalogo stellare di Tolomeo, nel 2° secolo, divideva le stelle in sei classi: le più luminose erano «di prima magnitudine», le più deboli visibili di sesta. Nel 1856 Norman Pogson trasformò questa classificazione in matematica. Definì una differenza di cinque magnitudini come un rapporto di luminosità esattamente pari a 100. Una magnitudine corrisponde quindi alla radice quinta di 100, circa 2.512.

Per gli oggetti più luminosi la scala doveva estendersi oltre 1: le stelle molto brillanti hanno quindi magnitudini vicine allo zero o negative. Nel Bright Star Catalogue Vega ha magnitudine 0.03 e Sirio, la stella più brillante del cielo notturno, −1.46. I pianeti possono andare oltre: Venere raggiunge circa −4. All’altra estremità della scala, Pogson fissò la magnitudine 6 come limite di visibilità senza telescopio, anche se sotto un cielo davvero buio una vista acuta può fare un po’ meglio.

Calcolare i rapporti di luminosità

Per confrontare due stelle, calcola la differenza di magnitudine, Δm, ed eleva 2.512 alla potenza Δm, oppure, più precisamente, calcola 10^(0.4 × Δm). Sirio (−1.46) e la Stella Polare (2.02) differiscono di 3.48 magnitudini: Sirio appare quindi 10^(0.4 × 3.48) ≈ 24.7 volte più brillante. Tra Sirio e Deneb (1.25) la differenza è 2.71 magnitudini, pari a circa 12 volte. Una stella di 6ª magnitudine è circa 244 volte meno luminosa di Vega. Sono luminosità apparenti, cioè quanto le stelle ci appaiono luminose dalla Terra. Deneb è in realtà una delle stelle più luminose che possiamo vedere; sembra modesta soltanto perché è molto lontana.

Quante stelle puoi vedere?

Il Bright Star Catalogue elenca 9110 oggetti, quasi tutte le stelle fino alla magnitudine 6.5. Contando le voci, in tutto il cielo 5080 hanno magnitudine 6.0 o inferiore, quindi sono almeno altrettanto luminose. In ogni momento solo metà del cielo è sopra l’orizzonte e la luce delle stelle basse deve attraversare uno spesso strato d’aria che la attenua: anche in una notte perfetta si vedono quindi al massimo un paio di migliaia di stelle. In città il chiarore dei lampioni illumina il fondo del cielo e nasconde le stelle deboli; spesso restano visibili solo quelle più luminose della magnitudine 3 o 4. Nell’intero catalogo solo 518 stelle hanno magnitudine 4.0 o inferiore: sono queste 518, insieme ad alcune stelle più deboli che completano le figure, a comparire nel modello del corso.

I colori delle stelle

Guardando con attenzione, le stelle non sono tutte bianche. Betelgeuse è chiaramente arancione, Rigel bianco-azzurra, Antares rossastra e Capella giallastra. Il colore rivela la temperatura superficiale della stella: le più fredde brillano di rosso e arancione, le più calde di bianco e azzurro. Gli astronomi misurano il colore confrontando la luminosità attraverso un filtro blu (B) e uno giallo-verde (V). La differenza B−V è l’indice di colore. Una stella calda bianco-azzurra come Rigel ha B−V vicino a zero (−0.03 nel catalogo); Betelgeuse ha 1.85 e Antares 1.83. Il modello converte il B−V di ogni stella in un colore con un’approssimazione standard, facendo risaltare le giganti arancioni dell’inverno e dell’estate.

Perché le stelle deboli sembrano bianche anche quando sono rosse? Le cellule dell’occhio che percepiscono i colori, i coni, richiedono più luce dei bastoncelli, che lavorano al buio. Sotto una certa luminosità rispondono solo i bastoncelli, che non distinguono i colori. Ecco perché è più facile notare il colore delle stelle brillanti e perché il binocolo, raccogliendo più luce, mostra i colori stellari molto meglio dell’occhio nudo.