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.