La spettroscopia - danielegasparri.com

Possiamo immaginare ogni atomo come il classico modello planetario, con il nucleo centrale e gli
elettroni che vi ruotano intorno.
L’elettrone ha delle orbite fissate, alle quali compete una ben determinata energia. Quando
l’elettrone incontra un fotone esattamente dell’energia necessaria per poter passare da un livello
energetico ad un altro (cambiare orbita), allora il fotone viene assorbito e l’elettrone si sposta su
un’orbita più esterna.
L’elettrone però ha la tendenza a tornare spontaneamente nel livello energetico (orbita) con energia
minore (più vicino al nucleo) e quando viene compiuto questo salto, esso emette un fotone pari alla
differenza di energia delle due orbite, in una direzione casuale.
I processi di assorbimento ed emissione sono quindi legati.
Assorbimento ed emissione di un fotone da parte di un elettrone legato al proprio nucleo atomico. Quando il fotone
incidente ha esattamente la stessa energia che serve all’elettrone per compiere uno o più salti orbitali, esso viene
assorbito e l’elettrone si porta su un livello energetico maggiore. Se l’energia del fotone non è esatta, esso non viene
assorbito. Questi stadi non sono stabili e dopo circa 1 miliardesimo di secondo l’elettrone torna al livello fondamentale,
emettendo un fotone che ha un’energia pari alla differenza energetica tra due livelli. Questo meccanismo è alla base
dello spettro a righe.
Ad ogni assorbimento corrisponde un’emissione successiva. La situazione però non è totalmente
simmetrica, almeno dal punto di vista numerico e dinamico.
L’elettrone ad esempio può assorbire un fotone che gli permette di fare un doppio salto e poi cedere
la sua energia con due salti distinti, emettendo quindi due fotoni di energia minore rispetto a quello
assorbito (ma l’energia totale sarà la stessa!); la direzione del fotone emesso inoltre è casuale.
Quando si ha assorbimento si ha anche emissione, sebbene noi possiamo osservare solo uno di
questi effetti.
Nel caso del Sole e delle stelle, il gas presente nell’atmosfera è più freddo della fotosfera. La luce
proveniente dalla fotosfera viene intercettata dal gas, che assorbe le lunghezze d’onda opportune.
Subito dopo si verifica l’emissione, solo che questa avviene in direzione casuale; ne consegue che
l’effetto netto è quello di un assorbimento della luce diretta verso l’osservatore. Supponiamo infatti
che un atomo assorba 10 fotoni e ne riemetta 10 identici l’istante successivo. I 10 fotoni che assorbe
provengono dalla fotosfera e sono diretti tutti verso l’osservatore.