Lucio Crivellari
INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste;
Istituto di Astrofisica della Laguna , Tenerife
Nell’aprile del 1999 sono stato invitato all’Osservatorio Astronomico di Capodimonte a tenere un Seminario di dieci ore, indirizzato agli studenti di Dottorato, che ho voluto dedicare al problema delle atmosfere stellari, con particolare considerazione alle sue basi fisiche.
Un’atmosfera stellare e’ la sede di numerosi fenomeni, inter dipendenti tra loro, che interessano l’idrodinamica, la termo dinamica ed il trasporto radiativo. Il legame fra i distinti processi si esprime quantitativamente per mezzo di una serie di leggi di conservazione, imposte alle grandezze che si devono introdurre per rappresentare il sistema fisico “atmosfera stellare”. Sono proprio le leggi di conservazione che determinano la struttura dell’atmosfera. Il calcolo della struttura – che in pratica sara’ possibile solo per via numerica – costituisce quello che viene definito il problema delle atmosfere stellari.
Per poter interpretare i risultati delle sue osservazioni, non solamente quelle nell’ambito della fisica stellare, l’astronomo ha bisogno di calcolare spettri sintetici che riproducano la distribuzione spettrale dell’energia radiativa emessa dalle stelle. Per conseguire tale fine egli deve essere in grado di costruire un modello degli strati stellari piu’ esterni, dai quali emerge la radiazione osservata. Il calcolo autoconsistente di tali modelli costituisce un problema di non facile soluzione, dovuto alla sua non-linearita’, che deriva dalla natura stessa dei fenomeni fisici che entrano in gioco.
Nelle pagine che seguono ho voluto scrivere in forma compiuta il contenuto del Seminario di Capodimonte, cercando di mettere in risalto quello che ne era stato il fine: presentare il problema delle atmosfere stellari come un esempio di problema fisico fortemente non lineare, e di proporre per la sua soluzione un algoritmo sequenziale iterativo che possa costituire un utile paradigma per la soluzione di una piu’ ampia classe di problemi non-lineari.
Il testo che viene qui presentato riprende la trattazione sviluppata originariamente nel corso del Seminario: in risposta alla richiesta degli astronomi di strumenti di calcolo per l’interpretazione degli spettrogrammi stellari e la descrizione quantitativa della struttura e del bilancio energetico negli strati stellari esterni, dimostrare come la formulazione del problema delle atmosfere stellari, in termini fisici operativi, porti in modo naturale alla realizzazione di algoritmi efficienti ed affidabili per la soluzione numerica.
Devo confessare che, lusingato, ho accettato di buon grado, la proposta degli amici napoletani di lasciar loro un testo che riprendesse in forma organica i contenuti del Seminario. Per rendermi conto rapidamente che il lavoro era piu’ difficile e, soprattutto, piu’ lungo, di quanto avessi immaginato al principio. Sono dovuti trascorrere quasi due anni perche’ trovassi gli intervalli di tempo necessari per potermi dedicare alla revisione e trascrizione delle mie note, scoprendo ogni volta inadeguatezze, se non veri e propri errori. La conseguenza di questo ritardo e’ stata che, alla luce dello studio del trasporto radiativo che il mio lavoro di ricerca mi ha portato a compiere negli ultimi anni, riconsidero oggi criticamente quanto sono andato scrivendo. Per esempio, lascerei cadere la formulazione basata sul modello dei raggi, che avevo ripreso dalle ” Lezioni sulla teoria della Radiazione Termica ” di Planck, che mi era sembrata non solo particolarmente adatta per mettere in relazione le grandezze impiegate nella descrizione macroscopica del trasporto radiativo con la radiometria classica, ma anche per la chiarezza pedagogica e l’indubbio interesse storico del testo di Planck. Conseguenza ancora piu’ importante e’ il fatto che la maturazione delle idee alla base dei procedimento di calcolo descritti nelle pagine seguenti, avvenuta nel frattempo, non permette di considerarli come un punto di arrivo. Il contenuto del testo che qui viene presentato deve quindi essere visto solamente come una tappa – anche se certamente fondamentale – di un lavoro in fieri.
Mi preme soprattutto riconoscere in questa sede che l’impostazione generale del problema e la soluzione proposta di un approccio sequenziale iterativo non sono “farina del mio sacco”. Nascono dal pluriennale lavoro di Edoardo Simonneau sopra distinti aspetti della teoria del trasporto radiativo. Ho avuto la fortuna di poter collaborare con lui in questo campo, e gli sono debitore dell’apprendimento delle nuove idee e metodologie, da lui introdotte. Per altro, quanto scritto rappresenta una rielaborazione personale, e mi trovo nell’imbarazzo perche’, se non vedo corretto tacere il nome dell’autore,ancora piu’ scorretto mi sembra presentare le sue idee originali senza avergli dato la possibilita’ di una verifica, facendolo cosi’ responsabile delle distorsioni che potrei aver introdotto nella mia “vulgata”.
Sarebbe doveroso da parte mia ringraziare esplicitamente tutti quelli che, in tempi differenti e con differente grado di coinvolgimento, mi hanno aiutato nella stesura di queste note. Non lo faccio perche’ sono troppo numerosi, e preferisco evitare ingiuste omissioni. A tutti va la mia riconoscenza per avermi stimolato inizialmente ad intraprendere questo lavoro, e successivamente incoraggiato a portarlo a compimento.
Lucio Crivellari
La Laguna, Marzo 2002