Spettro visibile

Lo spettro visibile è la parte dello spettro elettromagnetico che è visibile all’occhio umano. Le radiazioni elettromagnetiche in questo intervallo di lunghezze d’onda sono chiamate luce visibile o semplicemente luce. Un tipico occhio umano risponderà a lunghezze d’onda da circa 390 a 700 nm. In termini di frequenza, ciò corrisponde a una banda in prossimità di 430-770 THz.

Lo spettro, tuttavia, non contiene tutti i colori che gli occhi e il cervello umano possono distinguere. I colori non saturi come le variazioni di rosa o viola come il magenta sono assenti, ad esempio, perché possono essere creati solo da un mix di più lunghezze d’onda. I colori contenenti solo una lunghezza d’onda sono anche chiamati colori puri o colori spettrali.

Le lunghezze d’onda visibili passano attraverso la “finestra ottica”, la regione dello spettro elettromagnetico che consente alle lunghezze d’onda di passare in gran parte non attenuate attraverso l’atmosfera terrestre. Un esempio di questo fenomeno è che l’aria pulita sparge la luce blu più delle lunghezze d’onda rosse, e quindi il cielo di mezzogiorno appare blu. La finestra ottica viene anche chiamata “finestra visibile” perché si sovrappone allo spettro di risposta visibile umano. La finestra del vicino infrarosso (NIR) si trova appena al di fuori della visione umana, così come la finestra Media lunghezza d’onda IR (MWIR) e la finestra Lunga lunghezza d’onda o Infrarosso lontano (LWIR o FIR), sebbene altri animali possano sperimentarli.

Storia
Nel 13 ° secolo, Roger Bacon ha teorizzato che gli arcobaleni sono stati prodotti da un processo simile al passaggio della luce attraverso il vetro o il cristallo.

Nel 17 ° secolo, Isaac Newton scoprì che i prismi potevano smontare e rimontare la luce bianca, e descrisse il fenomeno nel suo libro Opticks. Fu il primo ad usare la parola spettro (in latino per “apparenza” o “apparizione”) in questo senso in stampa nel 1671 nel descrivere i suoi esperimenti in ottica. Newton osservò che, quando uno stretto raggio di sole colpisce la superficie di un prisma di vetro ad angolo, alcuni si riflettono e parte del raggio passa attraverso il vetro, emergendo come bande di colore diverso. Newton ipotizzò che la luce fosse costituita da “corpuscoli” (particelle) di colori diversi, con i diversi colori della luce che si muovevano a velocità diverse nella materia trasparente, la luce rossa si muoveva più rapidamente del viola nel vetro. Il risultato è che la luce rossa è piegata (rifratta) meno intensamente del viola mentre passa attraverso il prisma, creando uno spettro di colori.

Newton ha diviso lo spettro in sette colori con nome: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola. Scelse sette colori da una credenza, derivata dagli antichi sofisti greci, di una connessione tra i colori, le note musicali, gli oggetti conosciuti nel sistema solare e i giorni della settimana. L’occhio umano è relativamente insensibile alle frequenze dell’indaco e alcune persone che hanno una buona visione non riescono a distinguere l’indaco dal blu e dal viola. Per questo motivo, alcuni commentatori successivi, tra cui Isaac Asimov, hanno suggerito che l’indaco non dovrebbe essere considerato un colore a sé stante ma semplicemente come una sfumatura di blu o viola. Tuttavia, le prove indicano che ciò che Newton intendeva per “indaco” e “blu” non corrisponde ai significati moderni di quelle parole di colore. Confrontando l’osservazione di Newton dei colori prismatici con un’immagine a colori dello spettro di luce visibile, l’indaco corrisponde a quello che oggi è chiamato blu, mentre “blu” corrisponde al ciano.

Nel XVIII secolo, Goethe scrisse di spettri ottici nella sua teoria dei colori. Goethe ha usato la parola spettro (Spektrum) per designare una immagine fantasma fantasma, così come Schopenhauer in On Vision and Colors. Goethe sosteneva che lo spettro continuo era un fenomeno composto. Dove Newton ha ristretto il fascio di luce per isolare il fenomeno, Goethe ha osservato che un’apertura più ampia non produce uno spettro ma piuttosto bordi giallo-rossastro e blu-azzurro con il bianco tra di loro. Lo spettro appare solo quando questi bordi sono abbastanza vicini da sovrapporsi.

All’inizio del XIX secolo, il concetto dello spettro visibile divenne più definito, poiché la luce al di fuori della gamma visibile fu scoperta e caratterizzata da William Herschel (infrarosso) e Johann Wilhelm Ritter (ultravioletto), Thomas Young, Thomas Johann Seebeck e altri. Young fu il primo a misurare le lunghezze d’onda di diversi colori di luce, nel 1802.

La connessione tra lo spettro visibile e la visione dei colori è stata esplorata da Thomas Young e Hermann von Helmholtz all’inizio del XIX secolo. La loro teoria della visione del colore ha giustamente proposto che l’occhio usi tre recettori distinti per percepire il colore.

Visione dei colori degli animali
Molte specie possono vedere la luce all’interno di frequenze al di fuori dello “spettro visibile” umano. Le api e molti altri insetti possono rilevare la luce ultravioletta, che li aiuta a trovare il nettare nei fiori. Le specie vegetali che dipendono dall’impollinazione degli insetti possono avere successo riproduttivo per il loro aspetto alla luce ultravioletta, piuttosto che per quanto colorate appaiano agli esseri umani. Anche gli uccelli possono vedere nell’ultravioletto (300-400 nm), e alcuni hanno marcature dipendenti dal sesso sul loro piumaggio che sono visibili solo nella gamma degli ultravioletti. Molti animali che possono vedere nella gamma degli ultravioletti, tuttavia, non possono vedere la luce rossa o qualsiasi altra lunghezza d’onda rossastra. Lo spettro visibile delle api termina a circa 590 nm, poco prima dell’inizio delle lunghezze d’onda arancioni. Gli uccelli, tuttavia, possono vedere alcune lunghezze d’onda rosse, anche se non così lontano nello spettro luminoso degli umani. La credenza popolare che il pesce rosso comune sia l’unico animale in grado di vedere sia la luce infrarossa che quella ultravioletta è errata, perché il pesce rosso non può vedere la luce infrarossa. Allo stesso modo, i cani sono spesso considerati daltonici, ma hanno dimostrato di essere sensibili ai colori, anche se non così tanti come gli umani.

Colori spettrali
I colori che possono essere prodotti dalla luce visibile di una stretta banda di lunghezze d’onda (luce monocromatica) sono chiamati colori spettrali puri. Le varie gamme di colori indicate nell’illustrazione sono un’approssimazione: lo spettro è continuo, senza confini chiari tra un colore e il successivo.

spettroscopia
La spettroscopia è lo studio di oggetti basati sullo spettro del colore che emettono, assorbono o riflettono. La spettroscopia è un importante strumento investigativo in astronomia, dove gli scienziati lo usano per analizzare le proprietà di oggetti distanti. In genere, la spettroscopia astronomica utilizza reticoli di diffrazione ad alta dispersione per osservare gli spettri a risoluzioni spettrali molto elevate. L’elio è stato rilevato per la prima volta dall’analisi dello spettro del sole. Gli elementi chimici possono essere rilevati negli oggetti astronomici dalle linee di emissione e dalle linee di assorbimento.

Lo spostamento delle linee spettrali può essere utilizzato per misurare lo spostamento Doppler (spostamento rosso o spostamento blu) di oggetti distanti.

Spettro del display a colori
I display a colori (ad es. Monitor per computer e televisori) non possono riprodurre tutti i colori visibili da un occhio umano. I colori al di fuori della gamma cromatica del dispositivo, come la maggior parte dei colori spettrali, possono essere solo approssimati. Per una riproduzione accurata del colore, è possibile proiettare uno spettro su un campo grigio uniforme. I colori misti risultanti possono avere tutte le loro coordinate R, G, B non negative e quindi possono essere riprodotte senza distorsioni. Questo simula accuratamente guardando uno spettro su uno sfondo grigio.