1. L'obiettivo di questa linea di ricerca è la rivelazione per
via spettroscopica di specie instabili prodotte in scarica
elettrica, principalmente ioni molecolari, specie reattive che
governano una ricca parte della chimica interstellare. Le misure di
laboratorio si affiancano alle osservazioni coi radiotelescopi.
2. L'obiettivo di questa linea di ricerca è l'acquisizione di
metodi accurati di misura e analisi dei parametri di riga
rotazionale da applicarsi a specie di interesse atmosferico. I dati
di laboratorio costituiscono la fonte privilegiata per l'analisi
degli spettri atmosferici.
3. L'obiettivo di questa linea di ricerca è dotare uno
spetttrometro millimetrico di una nuova camera da vuoto provvista
di un effusore che opera a impulsi e di un interferometro, così da
osservare in cavità, cioè con maggior sensibilità, specie in
espansione supersonica, anche generate da scarica elettrica.
1. Le molecole ormai osservate nel gas interstellare e negli
inviluppi circumstellari sono più di 130 e vanno da quelle
biatomiche alla lunga catena del cianopoliino HC11N includendo
oltre una decina di ioni positivi (fra i quali HCO+, N2H+, H2COH+)
ed alcuni negativi (C4H-, C6H-, C8H-, C3N-), indice questo di una
ricca chimica dello spazio che sembra avere la sua forza guida
negli ioni molecolari, molecole elettricamente cariche che
reagiscono senza barriera di energia con quelle neutre. Il
principale merito dell'osservazione delle molecole, e fra queste
anche degli ioni molecolari, è della radioastronomia,
necessariamente supportata dal lavoro di laboratorio degli
spettroscopisti che forniscono le frequenze delle transizioni
rotazionali. Ma mentre la copertura in laboratorio della difficile
regione sub-millimetrica e del lontano infrarosso diviene più
accessibile, così anche l'impiego di satelliti per l'osservazione
dallo spazio in questa regione di frequenze, senza problemi di
trasmissione dovuti all'atmosfera terrestre, si realizza, come nel
caso del satellite Herschel dell'agenzia spaziale europea che avrà
a bordo lo strumento a eterodina per il lontano infrarosso (HIFI –
Heterodine Instrument for the Far Infrared). L'interesse per gli
ioni molecolari è legato anche alle informazioni che l'osservazione
delle loro righe rotazionali può dare circa le regioni di
formazione stellare: ad esempio, consente di determinare il grado
di ionizzazione, valutare se nubi dense sono prossime al collasso
gravitazionale e permette di studiare i moti di contrazione. Lo
scopo del progetto è quello di determinare accuratamente, in
laboratorio e anche in regioni dello spazio estremamente
quiescenti, le frequenze millimetriche e submillimetriche delle
righe rotazionali di ioni molecolari. A questo fine valgono sia
l'osservazione diretta, sia la determinazione di accurate costanti
spettroscopiche che consentano una precisa previsione delle
frequenze di transizione anche nella regione FIR per una loro
possibile rivelazione con HIFI.
2. La chimica fisica dell'atmosfera terrestre è stata largamente
studiata negli ultimi anni; in particolare, la composizione
dell'atmosfera è molto importante per comprendere i processi
chimici alla base dell'impoverimento dello strato di ozono
stratosferico e dell'effetto serra. I profili di concentrazione
verticale dei gas atmosferici possono essere forniti da misure di
“remote sensing”, ma esse richiedono un conoscenza accurata dei
parametri implicati, cioè frequenza e intensità della transizione,
e poi semilarghezza collisionale e shift di frequenza per pressione
con la loro dipendenza dalla temperatura. In particolare, i
parametri di allargamento collisionale hanno una influenza cruciale
sull'accuratezza del calcolo degli spettri e sulla riduzione dei
dati da “remote sensing”. Questo vale, poi, non solo per i
parametri delle specie più abbondanti, quali l'ozono, ma anche per
specie in tracce, quali l'acido nitrico. Da qui viene l'importanza
di misure di laboratorio dell'allargamento e shift per pressione di
transizioni spettrali, nel nostro specifico caso righe rotazionali.
Oltre alla misura sperimentale, è importante avere accurati modelli
e metodi di analisi del profilo di riga, al fine di ottenere
parametri di “pressure broadening” e “pressure shift” non viziati
da errori sistematici di modello.
3. L'osservazione spettroscopica di molecole e cluster
molecolari in espansione supersonica è ormai una tecnica collaudata
soprattutto nella regione delle microonde. L'ambiente "freddo" del
jet facilita la produzione di complessi di Van deer Waals; anche
radicali e ioni molecolari vengono oggi prodotti combinando il jet
con una scarica elettrica; l'uso dell'espansione supersonica porta
al raffreddamento dei gradi di libertà rotazionali delle molecole
studiate con riduzione significativa della congestione dello
spettro. Inoltre, la riduzione della funzione di partizione
rotazionale aumenta il segnale di assorbimento delle transizioni
che rimangono, compensando così la riduzione del cammino ottico
rispetto alla spettroscopia convenzionale. Quest'ultimo problema
può anche essere affrontato inserendo il jet in un interferometro
di Fabry Pérot, costituito da due specchi (mesh) paralleli
riflettenti che inducono riflessioni multiple della radiazione
incidente aumentando così il cammino ottico. Accoppiando una camera
da vuoto, provvista di un effusore che opera a impulsi e con
scarica elettrica e di un interferometro, con uno spettrometro
submillimetrico, si possono tentare di osservare specie a guscio
aperto quali SH+ e SiH+, che hanno uno spettro rotazionale che cade
nella regione submillimetrica e FIR, che, data la loro reattività,
sono di difficile osservazione in laboratorio.
