Perché le stelle scintillano ed i pianeti no?

In queste settimane noterete sicuramente una stella molto brillante sorgere in primissima serata e transitare molto alta verso la mezzanotte.
In realtà non si tratta di una stella qualsiasi, e ce ne possiamo accorgere con le nostre forze analizzando la sua luce poco dopo che è sorta.

Le stelle scintillano ed i pianeti no. Perché?

Tutte le stelle, quando sono basse sull'orizzonte, manifestano un effetto detto scintillazione: la loro luce sembra pulsare nel tempo e cambiare colore. Potete accorgevene osservando verso nord estm sempre nelle medesime ore, una stella giallo/arancio, la quale vi sembrerà quasi viva soprattutto nelle giornate ventose.

Come abbiamo avuto modo di dimostrare, questo effetto è da imputare alla turbolenza dell'atmosfera della Terra, al cui interno si sviluppano ingenti moti di masse d'aria eterogenee (diverse temperature e densità), con il risultato che quando osserviamo un oggetto presso l'orizzonte, esso appare come se fosse visto attraverso il calore proveniente da un termosifone caldo.

Tutto molto interessante (forse), se non per un piccolo dettaglio: la stella molto brillante che vi ho detto di osservare non mostra mai questo effetto di scintillazione e cambio di colore.
Perché?
Perché al contrario delle stelle che appaiono puntiformi a causa dell'immensa distanza alle quali si trovano, questo oggetto, pur sembrando un punto ad occhio nudo, ha invece un diametro apparente di tutto rispetto.
Non stiamo in effetti osservando una stella, ma un pianeta, in particolare Giove, il più grande del Sistema Solare. Volete la prova? Puntateci un binocolo o meglio un piccolo telescopio per apprezzarne il disco.

I pianeti, benché appaiono dei punti ad occhio nudo, possiedono un diametro apparente circa 1000 volte maggiore di quello sotteso dalle stelle più grandi e vicine che possiamo osservare.
Di conseguenza, se per disturbare la luce di una stella è sufficiente anche una leggerissima agitazione atmosferica, per disturbare quella dei pianeti, che si espande su un cono dal diametro diversi secondi d'arco, servono masse d'aria che alla distanza alle quali le osserviamo abbiano questo diametro.

Il discorso sembra un po' contorto, spero di spiegarlo meglio.
Ricapitoliamo il nostro obiettivo: capire in modo oggettivo, senza ricorrere a fantasiose teorie, perché la luce delle stelle stintilla e quella dei pianeti no.
La luce che proviene da una stella la possiamo immaginare come un cono infinitamente lungo e largo quanto il diametro apparente che la stella ci mostra, attorno ad 1/1000 di secondo d'arco.
La turbolenza atmosferica si sviluppa nella troposfera, quindi entro 12 km dalla superficie.
Supponiamo, per semplicità, che l'origine è a 10 km dalla superficie.
Per far scintillare la luce stellare, è necessario che le diverse masse o bolle d'aria, che si frappongono tra noi e la sua luce, abbiano un diametro paragonabile a quello del fascio luminoso della stella, ovvero circa 1/1000 di secondo d'arco.
Se le masse d'aria turbolente distano da noi circa 10 km, 1/1000 di secondo d'arco (lo stesso diametro apparente della stella) corrisponde ad una dimensione tipica di 5 micron (abbiamo applicato un po' di trigonometria). Questo significa che anche minuscole increspature o disomogeneità di questo diametro riescono a distrubare la luce della stella.

Per i pianeti il modo di procedere è lo stesso, ma cambiano le dimensioni.
Giove ha un diametro tipico di 40", quindi serviranno bolle atmosferiche di queste dimensioni per disturbare la sua luce, che altrimenti non produrrà l'effetto di scintillazione. Alla quota di 10 km, 40" corrispondono a circa 20 centimetri: solo celle atmosferiche di questo diametro, che possiedono temperature diverse e si susseguono in sequenza, possono produrre un cambiamento significativo della luce che osserviamo.

A questo punto, nei dati è scritto in modo chiaro perché la luce delle stelle scintilla e quella dei pianeti no (o molto raramente): bastano disuniformità su scala piccolissima per modificare la luce stellare, mentre per quella dei pianeti servono disomogeneità di circa 20 centimetri, estremamente rare.
 
L'atmosfera della Terra la possiamo infatti considerare come un largo fiume in scorrimento. Se osserviamo da vicino, noteremo le inevitabili increspature dell'acqua, che però si presentano su una scala millimetrica o inferiore. Se lo osserviamo abbastanza lontano da non riuscire ad osservare dettagli inferiori ai 20 centimetri, le piccole increspature sembrano scomparse e il fiume ci appare perfettamente piatto ed omogeneo.

Se sotto il pelo dell'acqua immergiamo un laser che produce una luce con un fascio strettissimo e la facciamo incidere su uno schermo fuori dall'acqua, noteremo un forte effetto di scintillazione, mentre se immergiamo un lampione opaco grande quanto una palla da calcio, sullo schermo non noteremo significativi cambiamenti di luce, proprio perché su questa scala l'effetto delle piccole increspature di fatto si annulla.

Non importa se nelle nostre osservazioni tutti gli oggetti stellari o planetari ci sembrano dei punti; quello che conta non è il potere risolutivo del nostro occhio, ma le proprietà degli oggetti, che restano le stesse anche se i nostri sensi non riescono a percepirle.