Step 06 - Rosso mattone nella scienza

Uno tra i primi trattati scientifici ad occuparsi del rosso mattone è stato il Moyen de nommer et de définir les couleurs, di Michel Eugene Chevreul (1786-1889) che classificò i colori usando le linee di Fraunhofer. Nel suo trattato, il rosso mattone ha una lunghezza d’onda dominante di 611,6 nm, con una purezza cromatica di 5/10 e una luminosità del 14% a 12/20 dal massimo per questa purezza. 
Le linee di Fraunhofer, in ottica, sono un insieme di linee spettrali, che furono originariamente osservate nell'assorbimento dello spettro ottico del Sole. In questo spettro, infatti, Fraunhofer scoprì erano presenti delle linee scure che inframezzavano lo spettro della luce solare. Egli catalogò un totale di 570 linee di assorbimento che furono successivamente associate ad altrettanti elementi chimici da Kirchhoff e Bunsen.

Il principio fisico dietro a queste linee di Franuhofer fu poi noto nei primi anni del '900, grazie alla fisica quantistica. L'emissione luminosa di un corpo viene trasmessa attraverso i fotoni. Nel Sole questi fotoni sono il risultato delle reazioni termonucleari al suo interno. La radiazione solare non è monocromatica, come si potrebbe pensare, ma è distribuita su varie frequenze, come un tipico spettro di corpo nero, a forma di "campana" nel diagramma frequenza-flusso. Questa campana ha un picco intorno ai 500 nm (verde).
Questo in parole povere vuol dire che, a causa delle reazioni all'interno della fornace solare, i fotoni che escono dalla superficie del Sole non hanno tutti la stessa frequenza e la stessa energia (per l'equivalenza frequenza-energia di Planck), ma hanno frequenze diverse (vedi figura sotto).

Come si può vedere dalla figura, però, quello che arriva a noi è solo una parte dello spettro solare: infatti nel passaggio nell'atmosfera terrestre (e, prima, nella fotosfera solare), parte dei fotoni emessi dal Sole vengono assorbiti o scatterati dagli elementi chimici che compongono la nostra atmosfera.
L'assorbimento di fotoni avviene quando i fotoni vanno ad attraversare un qualsiasi materiale, nel nostro caso le linee di Fraunhofer sono il risultato dell'assorbimento di un gas. Questo assorbimento è la cessione di energia associata alla radiazione elettromagnetica dai fotoni agli elettroni, ai nuclei o alle molecole che compongono tale gas.
L'assorbimento di questi fotoni dipende dalla frequenza dei fotoni stessi: un atomo o una molecola è in grado di assorbire un fotone, solo se il fotone ha una frequenza corrispondente a quella di eccitazione dell'atomo o della molecola.
Queste frequenze di eccitazione dipendono dalla struttura molecolare e possono essere calcolate con l'equazione di Schrodinger.
I "buchi" nello spettro elettromagnetico dopo il passaggio del gas, ci permettono ad esempio di capire il gas di cui è composta l'atmosfera.

Le linee contrassegnate come A e B ad esempio corrispondono all'assorbimento della molecola di ossigeno a 759 e 686 nm.

I corpi opaci, invece, ci appaiono di un certo colore a seconda della riflessione dei colori. Se un corpo assorbe tutta la radiazione incidente su di esso ci apparirà nero, se riflette tutta la radiazione ci apparirà bianco, mentre se riflette solo alcune lunghezze d'onda, esso ci apparirà del colore associato a quella determinata lunghezza d'onda.

Tornando al rosso mattone, quindi, possiamo dire che i corpi che ci appaiono colorati di rosso mattone sono dei corpi che hanno un picco di riflessione intorno ai 611 nm, che, nello spettro del visibile corrisponde alla porzione del rosso scuro.

Ma come avviene la percezione dei colori?
I fotoni entrano nell'occhio, fino ad arrivare alla retina, dove incontra i fotorecettori, ossia i coni e i bastoncelli. I bastoncelli sono i fotorecettori che consentono la visione in condizioni di scarsa luce, consentendo la visione scotopica, ossia la cosiddetta luce notturna. I coni, invece, sono i fotorecettori che consentono la percezione cromatica, ossia la percezione dei colori come li vediamo. Ci sono tre tipi di coni nella retina, che hanno 3 picchi distinti di assorbimento di lunghezze d'onda (564-580 nm / 534-545 nm / 420-440 nm). La differenza di segnale proveniente da questi tre tipi di coni porta alla percezione del cervello di uno spettro continuo di colori. Sia che i coni che i bastoncelli sono composti da una sostanza chimica chiamata fotopsina.

Il rosso mattone compare anche in un altro saggio scientifico - abbastanza inusuale - di qualche anno più tardi: stiamo infatti parlando della "De la nomenclature des couleurs"  di René Ferry, nel quale l'autore considera i vari colori più importanti nella micologia, ossia nello studio delle cellule fungine.

Lo studio infatti venne pubblicato nella Revue Mycologique 52 di ottobre 1891.


Bibliografia
Joseph Fraunhofer (1814 - 1815) "Bestimmung des Brechungs- und des Farben-Zerstreuungs - Vermögens verschiedener Glasarten, in Bezug auf die Vervollkommnung achromatischer Fernröhre", Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München (Memoirs of the Royal Academy of Sciences in Munich), 5: 193-226
Michel-Eugène Chevreul (1861), "Moyen de nommer et de définir les couleurs", Mémoires de l'Académie des sciences de l'Institut de France, 33
René Ferry (1891), "De la nomenclature des couleurs", Revue Mycologique 52.