Applicazioni della luce collimata in astronomia

Cos'è la luce collimata?

I raggi di un raggio di luce collimato sono paralleli tra loro. Ciò significa che c'è una diffusione minima nel raggio di luce mentre viaggia. La luce non collimata viaggia più a forma di cono, perché i suoi raggi non sono paralleli tra loro e si diffondono mentre viaggia. La luce collimata viaggia più come un cilindro. 

Esempi di luce collimata

• Laser – La luce di un laser viene collimata perché è formata in una cavità ottica tra due specchi paralleli ed è coerente. Per raggi laser di alta qualità, la divergenza del raggio di luce è inferiore a 1 milliradiante. 
• Luce di sincrotrone – Quando pieghi gli elettroni relativistici attorno a una traccia circolare puoi creare una luce altamente collimata chiamata luce di sincrotrone. 
• Fonti lontane – Per quasi tutti gli scopi la luce di stelle lontane può essere considerata collimata. Questo perché la sorgente è così lontana che non ha quasi nessuna dimensione angolare. 
• Lenti e Specchi – Se si mette a fuoco una piccola sorgente puntiforme attraverso uno specchio parabolico, si otterrà un raggio di luce collimato. Gli specchi sferici possono produrre luce approssimativamente collimata. 

Usi per la luce collimata in astronomia

Spettroscopia – Uno dei metodi più importanti in astronomia. La spettroscopia divide un raggio di luce nelle sue singole lunghezze d'onda, o nei suoi spettri. Pensa a illuminare una luce bianca attraverso un prisma e vedere un arcobaleno dall'altra parte. Gli astronomi studiano gli spettri di stelle e galassie per studiarne la composizione chimica. Ci sono tre leggi che regolano la spettroscopia. 

1. Un corpo nero emetterà uno spettro continuo, privo di linee spettrali. 

2. Un gas trasparente caldo emetterà linee di emissione. Linee luminose su sfondo scuro. 

3. Le righe di assorbimento (di fronte alle righe di emissione, le righe nere su uno spettro), saranno prodotte da un gas trasparente freddo davanti a un corpo nero. 

Le linee scure negli spettri appaiono nello spazio come farebbero le linee di emissione se la nuvola di gas fosse calda e fatta dello stesso materiale. 

Gli astronomi studiano la luce delle galassie e delle stelle sulla base di queste leggi per determinarne la composizione chimica. Tuttavia, un prisma non viene utilizzato per separare la luce, ma un reticolo di diffrazione viene utilizzato per separare la luce in uno spettrometro. Ci sono tre componenti principali in uno spettrometro. 

1. La fessura – dove la luce entra nello spettrometro
2. Il collimatore e il reticolo di diffrazione – il collimatore focalizza la luce sul reticolo di diffrazione che divide la luce nei suoi colori fondamentali. Un reticolo di diffrazione è uno speciale vetro tagliato con piccole linee incise su di esso. 
3. Obiettivo della fotocamera o rilevatore CDC – qui è dove vengono catturati gli spettri riflessi. 

Telescopi collimatori

In astronomia la collimazione è spesso usata in modo diverso, è il processo di allineamento dell'ottica di un telescopio. Regolazione degli specchi e/o delle lenti per ottenere la migliore immagine possibile. Nel 2018, Michael Coughlin et al. ha pubblicato un articolo intitolato "Un proiettore a fascio collimato per la calibrazione precisa del telescopio". Sebbene tutta la "proiezione" della luce sia ancora su scala relativamente piccola per i telescopi. 

Nota dello scrittore:

Anche se non vedo alcuna applicazione importante per la tua tecnologia per l'astronomia ad alto livello, posso vederne grandi usi in un ambiente educativo. Ho insegnato fisica e ottica in laboratori e spesso quando abbiamo lavorato con la spettroscopia gli spettri erano tutti molto piccoli e difficili da trovare linee di emissione o assorbimento. Potresti esaminare l'utilizzo della tua tecnologia per dimostrazioni di ottica a livello di scuola superiore e universitaria. Per questo suggerirei di contattare i professori che sono incaricati di gestire i laboratori di fisica nelle loro università. 

Riferimenti:

• https://simple.wikipedia.org/wiki/Collimated_light
• http://astro.vaporia.com/start/collimator.html
• http://astronomyonline.org/Science/Spectroscopy.asp
• https://lovethenightsky.com/telescope-collimation-for-complete-beginners/
• https://arxiv.org/pdf/1805.05867.pdf
• https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03199216/file/DOTA21067.1618488589_preprint.pdf

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