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Spitzer, Lyman, Jr.

Lyman Spitzer Jr. nasce il 26 giugno 1914

Biografia della rubrica “Vita da genio” a cura di Chiara Oppedisano

 

figura0 Spitzer Tutti noi abbiamo sicuramente avuto modo di meravigliarci davanti a una delle spettacolari immagini dell’Universo scattate dal telescopio Hubble in orbita intorno alla terra dal 1990. Ebbene, Hubble è il frutto della visione di uno scienziato che ha guidato e ispirato la ricerca in campo astrofisico a partire dagli anni ’40 del secolo scorso. I suoi contemporanei, amici, colleghi e studenti, lo definivano un uomo gentile e disciplinato, brillante e rigoroso sul lavoro, un insegnante eccezionale; sicuramente fu un impavido precursore dei tempi e seppe comprendere quali direzioni fosse opportuno intraprendere per progredire nella ricerca in campo astrofisico.

figura1 Spitzer

Lyman Spitzer era un appassionato sciatore e scalatore.
Alle cene con gli studenti era solito mostrare foto e raccontare le sue avventure.

Lyman Spitzer Jr. nacque il 26 giugno 1914 a Toledo, cittadina dell’Ohio sulle rive del lago Erie. Studiò fisica a Yale dove si laureò nel 1935. In seguito passò un anno a Cambridge, in Gran Bretagna, sotto la guida di Sir Arthur Eddington, qui conobbe Subrahmanyan Chandrasekhar che esercitò su di lui un grande fascino, accrescendo in Spitzer passione e curiosità per l’astrofisica.
Nel 1936 tornò negli Stati Uniti, a Princeton, dove nel 1938 conseguì il dottorato di ricerca lavorando con il famoso astronomo Henry Norris Russell. Dopodiché si spostò ad Harvard per un anno di post-doc, iniziando a collaborare con Martin Schwarzschild, con il quale stabilì da subito un rapporto di collaborazione nella ricerca e di profonda amicizia. Dal 1939 al 1942 tornò a Yale a insegnare.
Durante la seconda guerra mondiale collaborò con la Columbia University di New York, nella ricerca in ambito di trasmissioni del suono sott’acqua per ottimizzare l’impiego del sonar. Nel 1946 tornò a Yale come professore. Nel 1947, in seguito al pensionamento del suo mentore, H.N. Russel, Spitzer si candidò per il posto rimasto vacante di direttore del Dipartimento di Scienze Astrofisiche a Princeton. La candidatura venne accolta e a 33 anni Spitzer divenne direttore del Dipartimento e dell’Osservatorio di Princeton. Una delle sue prime mosse fu quella di assumere Schwarzschild, il brillante collega e amico, dando così a Princeton un ruolo centrale nel campo dell’astrofisica per gli anni a venire.


figura2 SpitzerMartin Schwarzschild (a sinistra) e Lyman Spitzer Jr.

Spitzer iniziò a studiare il mezzo interstellare, l’insieme di polveri e gas rarefatto e caldo che si trova tra le stelle all’interno delle galassie. Fu colpito dall’osservazione che le galassie ellittiche contenessero stelle vecchie e poco gas interstellare mentre nelle galassie a spirale si trovavano grandi quantità di gas interstellare e stelle molto più giovani; Spitzer suggerì allora che le stelle si formassero proprio nel mezzo interstellare e fu tra i primi a sottolineare l’importanza dei campi magnetici e dei granuli di polvere nei processi di formazione stellare. Spitzer si dedicò con passione a studi pionieristici sulle proprietà dei plasmi, i gas ionizzati presenti all’interno delle stelle. Si narra che fu durante una gita sulle nevi di Aspen nel marzo del 1951 che Spitzer concepì il progetto per studiare in laboratorio la fusione nucleare, ovvero il processo attraverso il quale due nuclei leggeri vengono fusi in un nucleo pesante liberando energia. Queste sono proprio le reazioni nucleari che avvengono all’interno delle stelle e trasformano idrogeno in elio e via via in atomi sempre più pesanti fino al ferro. Il progetto di Spitzer era quello di confinare un plasma caldo in un apparato a forma di 8 grazie all’impiego di campi magnetici. Spitzer convinse la Commissione per l’Energia Atomica statunitense a finanziare il suo apparato, chiamato “stellarator”, nel tentativo di studiare e cercare di sfruttare la fusione termonucleare per la produzione di energia. Il primo stellarator venne messo in funzione in una sala sperimentale chiamata “Matterhorn S”. Nel 1961 il progetto Matterhorn diede vita al “Princeton Plasma Physics Laboratory” (PPPL), di cui Spitzer fu fondatore nonché direttore fino al 1967, un centro ancora oggi all’avanguardia nell’ambito della fisica dei plasmi e della ricerca sulla fusione termonucleare controllata.


figura3 SpitzerSpitzer con un primo modello, il cosiddetto “modello A”, dello stellarator.

Spitzer studiò l’evoluzione dinamica dei sistemi stellari, dimostrò l’infondatezza dell’ipotesi che il sistema solare fosse formato da materiale strappato dal Sole per effetto del passaggio di un’altra stella nelle vicinanze, provò l’esistenza dell’esosfera, lo strato più esterno dell’atmosfera caratterizzato da temperature intorno a 2000 °C, ragionando sul fatto che l’atmosfera avrebbe dovuto contenere maggiori quantità di gas leggeri se non avesse avuto uno strato esterno molto caldo che permettesse la fuga degli atomi più leggeri.
Ma il suo contributo più importante è certamente legato all’articolo che pubblicò nel 1946, intitolato “Vantaggi astronomici di un laboratorio extra-terrestre”: in un periodo in cui le osservazioni astronomiche erano legate a osservatori a terra o a palloni areostatici inviati ad alta quota, Spitzer ebbe la visione che rivoluzionò e spalancó nuove prospettive in campo astrofisico. Spitzer propose infatti di inviare in orbita intorno alla terra un telescopio con grande risoluzione spaziale, argomentando la proposta con due fondamentali vantaggi: rivelare le radiazioni impossibili da captare a terra a causa dell’assorbimento dell’atmosfera terrestre ed evitare le distorsioni causate dall’attraversamento degli strati atmosferici. Nel 1965 fu messo a capo di una commissione dell’Accademia Nazionale Scientifica degli Stati Uniti che aveva il compito di definire gli obiettivi scientifici per la realizzazione di un “Large Space Telescope” (un grande telescopio spaziale). Spitzer lavorerà quasi 50 anni per tramutare in realtà la sua visione, spendendosi per convincere sia la comunità scientifica delle enormi potenzialità (alcuni colleghi erano infatti preoccupati che la realizzazione di telescopi spaziali avrebbe provocato il taglio dei fondi per le osservazioni a terra) che il mondo politico dell’importanza di stanziare fondi per la realizzazione del progetto.
Nel 1977 il Congresso approverà il finanziamento del telescopio Hubble, lanciato in orbita dallo Shuttle nel 1990, 44 anni dopo l’articolo visionario di Spitzer e, soprattutto, grazie alla sua entusiasta e instancabile guida scientifica, tecnica e politica attraverso tutte le fasi, dalla progettazione alla realizzazione del telescopio Hubble che ancor oggi continua a scrutare l’Universo più lontano e a inviarci immagini meravigliose.
Nel 1972 la NASA aveva lanciato in orbita l’osservatorio orbitante Copernicus, con a bordo un telescopio per lo studio della radiazione ultravioletta costruito a Princeton. Copernicus fornì una prima stima dell’abbondanza cosmologica del deuterio oltre a mappare nell’ultravioletto oltre 500 sorgenti astronomiche nei suoi 9 anni di osservazione. Ma soprattutto Copernicus svelò, attraverso la rivelazione della radiazione ultravioletta (impossibile da rivelare a terra a causa dell’assorbimento atmosferico) la presenza di stelle giovani in nubi dense di gas interstellare proprio come Spitzer aveva ipotizzato, dimostrando così che le osservazioni dallo spazio potevano aprire nuove frontiere e rivoluzionare le conoscenze.
Spitzer ricoprì numerosi incarichi prestigiosi e ricevette molti premi e onorificenze, tra i quali ricordiamo nel 1973 la medaglia Bruce della Società di Astronomia statunitense, nel 1975 il premio Maxwell dall’Accademia Reale di Svezia, nel 1979 la medaglia nazionale delle Scienze consegnata dal presidente Jimmy Carter e nel 1985 il premio Crafoord dall’Accademia Reale di Svezia, premio prestigioso in campo astrofisico come il Nobel «per i suoi studi pionieristici su praticamente ogni aspetto del mezzo interstellare, culminati con i risultati ottenuti con il telescopio Copernicus».


figura4 Spitzer

Spitzer nel suo ufficio.

Spitzer andò ufficialmente in pensione nel 1982, continuando però ad andare in ufficio quasi tutti i giorni e a lavorare, analizzando i dati del telescopio Hubble, discutendo con i colleghi e continuando a pubblicare risultati su riviste scientifiche. Fu proprio quel che fece, prima di rientrare a casa, anche il 31 marzo del 1997, giorno in cui morì improvvisamente per un attacco cardiaco.
Nell’agosto del 2003 la NASA lanciò in orbita un telescopio per lo studio della radiazione infrarossa che fu battezzato Spitzer per onorare i suoi contributi e la sua visione pionieristica. Il telescopio Spitzer è stato il primo strumento in grado di rivelare direttamente un esopianeta e si è dimostrato un potente strumento proprio per la caratterizzazione degli esopianeti.
Attualmente in orbita attorno alla terra si trovano 3 potenti strumenti per la rivelazione della radiazione elettromagnetica proveniente dal cosmo: Hubble che rivela la luce visibile, strumento ideato e fortemente voluto da Spitzer, Chandra che rivela la radiazione X, dedicato a Subrahmanyan Chandrasekhar che influì sulla scelta di Spitzer di perseguire la ricerca in campo astrofisico e Spitzer che studia la radiazione infrarossa.


figura5 SpitzerImmagini della galassia M101 prese dai telescopi Spitzer, Hubble e Chandra rispettivamente nell’infrarosso,
nel visibile e nella banda X. Combinando le informazioni provenienti dalle 3 regioni dello spettro elettromagnetico
si ottiene l’immagine d’insieme riportata a lato.


Per vedere dove si trova attualmente il telescopio Spitzer:

http://www.spitzer.caltech.edu/mission/where_is_spitzer?

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