A sinistra brilla una stella, e da essa si allontanano una dopo l’altra onde colorate — rosa, ciano, viola —, ciascuna con il proprio ritardo, così che i cerchi non coincidono mai. Sopra di esse ardono due nebulose che cambiano lentamente contorno, e tutt’intorno scintillano stelle i cui periodi sono stati scelti incommensurabili. Sulla scala in basso una tacca ciano parte dalla stella e arriva esattamente alla divisione di un anno luce, dove l’attende un tratto rosa: questa è la misura stessa — il cammino della luce in un anno, riportato su un righello. Le lettere al centro sono uguali in tutte le lingue; il nome in ciascuna lingua sta sotto la lastra.
Unità fuori dal SI · astronomia · lunghezza
Anno luce, ly
Un righello le cui tacche sono segnate dalla luce
Unità di lunghezza · cammino della luce nel vuoto in un anno giuliano · 9 460 730 472 580 800 m
La parola non l’hanno inventata gli astronomi ma i divulgatori, e i professionisti all’inizio storsero il naso: sembrava loro assurdo misurare una distanza con il tempo, per giunta con un anno, che ogni calendario conta a modo suo. Ha vinto tuttavia la chiarezza, perché la frase «la luce impiega quattro anni per arrivare alla stella più vicina» la capisce chiunque abbia mai aspettato una lettera, mentre un numero in milioni di milioni di chilometri non dice nulla all’immaginazione.
Il vantaggio di questa unità è che, insieme alla distanza, comunica l’età dell’immagine. Guardando Proxima la vediamo com’era quattro anni e un quarto fa, e guardando la nebulosa di Andromeda — com’era quando sulla Terra non era ancora comparso nessun essere umano di tipo moderno. In questo senso un telescopio non è tanto una lente d’ingrandimento quanto una macchina che mostra il passato, e mostra parti diverse del cielo in epoche diverse contemporaneamente.
Il valore esatto dell’unità non viene da una misura ma da due convenzioni: la velocità della luce nel vuoto è fissata come numero esatto di metri al secondo, e l’anno usato a questo scopo è quello giuliano, esattamente trentuno milioni cinquecentocinquantasettemilaseicento secondi. Moltiplicate l’uno per l’altro e otterrete la lunghezza dell’anno luce fino all’ultima cifra, senza alcuna incertezza. L’incertezza compare dopo, quando questo righello si applica al cielo reale.
Il simbolo internazionale è formato da due lettere latine minuscole, ly, senza punti e senza spazio tra loro; in italiano si scrive «anno luce» o si abbrevia «al», ma nelle tabelle e nelle didascalie dei grafici si mette proprio ly, perché così la didascalia si legge in qualsiasi paese. I multipli si formano con i prefissi consueti: kly, Mly, Gly — mille, un milione e un miliardo di anni luce.
L’anno luce è una distanza, e la presenza della parola «anno» non cambia nulla: dire «abbiamo volato per dodici anni luce» è assurdo quanto dire «abbiamo camminato per dodici chilometri all’ora». Non va confuso nemmeno con il parsec, che misura poco più di tre anni luce e un quarto, né con l’anno come intervallo di tempo: la definizione usa l’anno giuliano di esattamente trecentosessantacinque giorni e un quarto, non quello tropico né quello civile.
01 · Definizione
cammino della luce in un anno · età dell’immagine · durata del viaggio per una naveL’anno luce è la distanza che la luce percorre nel vuoto in un anno giuliano, cioè in trecentosessantacinque giorni e un quarto da ottantaseimilaquattrocento secondi ciascuno. La definizione contiene due grandezze, entrambe fissate esattamente, e perciò anche il loro prodotto è esatto: qui non c’è campione, né misura, né correzioni — solo la moltiplicazione di due numeri adottati per convenzione.
Le parole «nel vuoto» nella definizione non sono un ornamento. Nell’aria, nel vetro e nel gas interstellare la luce procede più lentamente, e se l’unità fosse definita da un raggio reale, la sua lunghezza dipenderebbe dalla parte di cielo che ha attraversato. Il vuoto astronomico è quasi perfetto, ma la correzione dovuta alla materia resta sensibile per le onde radio, e perciò la definizione contiene proprio la velocità nel vuoto.
La seconda sottigliezza è quale anno si prende. L’anno tropico è circa undici minuti più corto di quello giuliano, l’anno civile cambia continuamente durata e quello siderale è più lungo; alla fine la differenza è di milionesimi, il che per l’astronomia non è poco. L’Unione Astronomica Internazionale ha scelto l’anno giuliano proprio per la sua costanza: non è legato né alla rotazione della Terra né alla sua rivoluzione attorno al Sole, e quindi non cambia nel tempo.
Infine, la grandezza ha una proprietà che non possiedono né il metro né il parsec: dice subito quanto siamo in ritardo. La distanza in anni luce è l’età dell’immagine, e ogni mappa del cielo si rivela una mappa di epoche diverse cucite in un’unica immagine. È per questa proprietà che i professionisti tollerano l’unità, anche se negli articoli preferiscono il parsec: deriva da un angolo misurato direttamente, non dal tempo.
Chi vediamo e chi raggiungeremo
Nella metà superiore della scena brilla un oggetto, e da esso un’onda viene verso di noi: finché è in viaggio non vediamo la stella ma il suo passato, e l’etichetta presso l’oculare indica l’anno in cui la luce è partita. Il cursore della distanza sposta l’oggetto dal confine del Sistema solare fino alle galassie vicine, e con esso cambia l’epoca che osserviamo. Nella metà inferiore una nave vola verso lo stesso oggetto, e ha due orologi: quello viola resta sulla Terra, quello rosa va a bordo. Il secondo cursore accelera la nave, e più essa si avvicina alla velocità della luce, più le indicazioni divergono — finché un tragitto che dalla Terra richiede secoli si riduce per l’equipaggio a pochi anni. Notate che la nave non può superare la luce con nessuna regolazione: la tacca rosa resta sempre dietro quella ciano.
02 · Conversione
distanze · luce in viaggio · volo a velocità prossima a quella della luceUna distanza in sei forme
La prima scheda converte la distanza inserita in altre unità — da parsec e unità astronomiche fino a giorni luce e comuni chilometri. La seconda mostra la luce di quali epoche ci arriva da oggetti noti. La terza calcola un volo: quanti anni durerà secondo l’orologio della Terra e quanti secondo quello della nave a varie velocità.
Regola da ricordare: un parsec è poco più di tre anni luce, un anno luce poco più di sessantatremila unità astronomiche, e la luce del Sole ci arriva in poco più di otto minuti.
L’unità in sé è esatta, ma le distanze espresse con essa sono tutt’altro che sempre esatte: per le stelle vicine si conoscono con frazioni di punto percentuale, per le supergiganti brillanti con una dispersione di decine per cento, e per le galassie lontane dipendono inoltre dal modello di espansione scelto. Un numero di anni luce in un’opera di consultazione porta quasi sempre con sé un’incertezza che le didascalie divulgative omettono.
| Grandezza | Valore | Nota |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
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04 · Strumenti di misura
telemetria laser · satellite astrometrico · cefeide · supernovaUna scala in cui ogni gradino poggia sul precedente
L’unico caso in cui il righello è onesto
Sui retroriflettori lasciati sulla Luna si sparano ancora oggi impulsi laser e si catturano i fotoni che tornano, uno ogni diversi colpi. La distanza si ricava direttamente dal tempo di volo, cioè si misura letteralmente in secondi luce, e la precisione arriva ai centimetri. Il metodo funziona entro il Sistema solare — più in là non c’è chi possa collocare un riflettore, e il righello cede il posto a una catena di procedimenti indiretti.
Un’oscillazione al posto del righello
Le stelle più vicine si misurano geometricamente: in sei mesi l’osservatore, insieme alla Terra, si sposta di due volte la distanza dal Sole, e una stella vicina si sposta un poco rispetto a quelle lontane. L’angolo di questo spostamento è una frazione di secondo d’arco, e il suo inverso dà subito la distanza in parsec, che poi si convertono in anni luce. Un moderno satellite astrometrico ha misurato così più di un miliardo di stelle, spingendo l’orizzonte del metodo diretto fino a diverse migliaia di anni luce.
Una stella che comunica da sé la propria luminosità
Le variabili cefeidi pulsano, e il periodo della loro pulsazione è rigidamente legato alla loro luminosità vera: conoscendo il periodo con il cronometro, l’astronomo sa quanto la stella sia luminosa in realtà, e confrontandolo con quanto appare debole ottiene la distanza. Proprio così, negli anni venti del secolo scorso, si scoprì che la nebulosa di Andromeda sta ben oltre la nostra Galassia, e le dimensioni del mondo crebbero di molte volte da un giorno all’altro.
Dove l’anno luce smette di essere comodo
A grandi distanze entrano in gioco le esplosioni di supernovae di un certo tipo, la cui luminosità è quasi uguale, e lo spostamento verso il rosso delle righe dello spettro. Ma qui l’unità comincia ad avere difficoltà: mentre la luce viaggiava, lo spazio si espandeva, e la «distanza» si scinde in più grandezze diverse — per quanto tempo la luce ha volato e quanto è lontano l’oggetto adesso. Per questo la cosmologia preferisce parlare di spostamento verso il rosso e lascia gli anni luce alle didascalie divulgative.
05 · Regole di scrittura
ly senza punti · prefissi dei multipli · è una lunghezzaAnno nel nome, metri nella sostanza
Quasi tutti gli errori con questa unità vengono dal suo nome: la parola «anno» si porta dietro il tempo, e nel testo si infilano costrutti in cui la distanza si misura in ore e la velocità in chilometri.
La prima scrittura sostituisce la distanza con una durata ed è perciò priva di senso, come «dodici chilogrammi di strada». La seconda e la quarta violano la forma del simbolo: due minuscole, senza punti e senza spazio. La terza prende l’anno civile al posto di quello giuliano e cambia così il valore dell’unità alla sesta cifra. La quinta confonde distanza ed età: la luce ha viaggiato quattro anni, mentre la stella esiste da miliardi di anni. La sesta è proprio l’errore d’origine da cui nascono tutti gli altri, e purtroppo la si incontra perfino nelle didascalie di illustrazioni serissime.
06 · Unità vicine
parsec · unità astronomica · secondo luceTre unità vicine si spartiscono uno stesso intervallo di distanze e si distinguono per l’origine della loro misura: per il parsec è un angolo, per l’unità astronomica l’orbita terrestre, per l’anno luce e il secondo luce il tempo di viaggio.
L’unità degli articoli professionali: deriva direttamente da un angolo misurato e non dal tempo, e quindi non occorre inserirvi una convenzione estranea sulla durata dell’anno.
La misura degli affari interni del Sistema solare: la distanza dalla Terra al Sole, fissata come numero esatto di metri. Oltre l’orbita di Nettuno diventa già scomoda.
La sorella minore della stessa famiglia, comoda per le comunicazioni: la luce impiega un secondo e un quarto per arrivare alla Luna, e una conversazione con essa non si può più tenere senza pause sensibili.
Tra le schede Simetrium, proprio accanto c’è il parsec, e alla base di entrambe le unità c’è la stessa velocità della luce, con cui si misura anche il tempo di transito del segnale nelle linee di comunicazione terrestri.
07 · Sezione storica
archivio · 1676 → 1838 → 1851 → 1984Come il ritardo della luce divenne un righello
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L’altezza delle barre mostra fino a quale distanza si arrivava con una misura geometrica diretta nelle diverse epoche, e la tacca bianca percorre tutto questo cammino. Notate che ogni balzo è legato non a una nuova teoria ma a un nuovo strumento: prima l’eliometro, poi la lastra fotografica, poi un satellite portato oltre l’atmosfera.
Un’unità esatta per distanze inesatte
La stranezza di questa unità è che è nota in modo assolutamente esatto, mentre tutto ciò che si misura con essa è noto solo approssimativamente. L’esattezza è arrivata gratis: la velocità della luce ha smesso di essere misurata nel momento in cui il metro è stato definito tramite essa, e si è convenuto che l’anno giuliano valga esattamente trentuno milioni e mezzo di secondi, e il prodotto di due numeri esatti non può dare che un terzo numero esatto.
L’incertezza compare al passo successivo, quando il righello viene applicato al cielo. Le distanze delle stelle più vicine sono note al centesimo di punto percentuale, ma già per supergiganti brillanti come Betelgeuse la dispersione delle stime raggiunge decine per cento, perché in queste stelle la superficie stessa è sfumata e la parallasse va ripulita da un’immagine tremolante. A distanze galattiche interviene una catena di metodi indiretti, e ciascuno dei suoi gradini aggiunge la propria incertezza a quella ereditata dal precedente.
Da qui la regola di buona creanza: un numero di anni luce va dato insieme alla sua incertezza e al metodo con cui è stato ottenuto, perché «duemilacinquecento anni luce» dalla parallasse e lo stesso numero dallo spostamento verso il rosso sono grandezze di natura diversa. L’unità non ha alcuna colpa: è esattamente come è stata definita, e ogni incertezza viene non dal righello ma da ciò che con esso si misura.
Catalogo delle grandezze
astronomia e distanzeUnità di base del SI
evidenziati il metro e il secondo — è di loro che è fatto l’anno luceDove guardiamo e che cosa vediamo
l’anno di partenza della luce è contato a partire dall’anno corrente| Oggetto | Distanza | In parsec | Luce in viaggio | La luce è partita | Che cosa accadeva allora |
|---|---|---|---|---|---|
| {name} | {ly} | {pc} | {wait} | {when} | {era} |
L’ultima colonna è l’argomento principale a favore di questa unità: trasforma una distanza in una data e rende così l’osservazione simile alla lettura di lettere spedite in secoli diversi. Va ricordato tuttavia che per gli oggetti lontani queste date sono convenzionali: mentre la luce viaggiava, lo spazio ha avuto il tempo di espandersi, e «per quanti anni ha volato» smette di coincidere con «quanto è lontano l’oggetto adesso».