Perchè il Sole (circa 6000°) è giallo e il ferro arroventato ma ancora lontano dalla fusione (meno di 1500°, direi) appare già bianco?

Il colore che viene attribuito alle stelle non è un
colore reale, ma è il colore a cui corrisponde la temperatura superficiale
della stella.
In effetti esso rappresenta una indicazione sulla temperatura superficiale della stella, intendendo per superficie della stella l’insieme di punti da cui le interazioni della radiazione con la materia della stella cessano e quindi la luce viene emessa.
Proprio per il gran numero di interazioni tra radiazione elettromagnetica e materia (i fotoni vengono assorbiti e riemessi più volte, fino all’equilibrio, a cui si ha equipartizione dell’energia) lo spettro della radiazione emessa dalla stella è uno spettro di corpo nero1.
In effetti, paragonando lo spettro del sole a quello di corpi neri a diverse temperature,

 

si vede che, in dettaglio, c’è una ottima corrispondenza tra lo spettro di corpo nero a 5800 K e lo spettro solare fuori dell’atmosfera.
Pertanto si definisce la temperatura superficiale o efficace della stella come la temperatura di corpo nero ad essa più vicina.
Il colore del corpo nero si identifica con quello della lunghezza d’onda di massima emissione, cioè con il valore λmax della legge di Wien. Il massimo dell’emissione solare è intorno ai 5000 Å, valore corrispondente al giallo.
Il colore che noi osserviamo è dato invece dal prodotto dallo spettro che arriva a terra (che come si vede in figura è più sporco di quello fuori atmosfera, proprio per l’assorbimento atmosferico) con la curva di risposta dell’occhio umano.
Per il sole, nonostante l’occhio umano sia più sensibile nel verde, il risultato è quello di un colore complessivo giallo2.
Un altro esempio sono le stelle rosse, i cui riflessi rossi sono a volte visibili anche ad occhio nudo (ad esempio Antares dello Scorpione, con temperatura siperficiale di circa 3000 K).


Dalla figura si vede che per temperature così relativamente basse, il picco è nell’infrarosso, per cui il rosso domina nello spettro e la sensazione è quella di una luce rossastra.

Per un corpo qualsiasi, che non sia nella situazione di equilibrio tra radiazione e materia, al crescere della temperatura il massimo dell’emissione continua a spostarsi verso lunghezze d’onda minori (nello spettro visibile dal rosso al blu, al bianco-azzurro) ma la curva di emissione non è quella di un corpo nero, anche se lo spettro è continuo3.
Alla temperatura di fusione del ferro (circa 1800 K), lo spettro di corpo nero ha il picco nell’infrarosso intorno a 2000 Å.
Il meccanismo di emissione è circa lo stesso, ma, come dicevamo, non si ha più interazione radiazione materia così a lungo da portarle all’equilibrio. A causa di ciò, l’emissione dipende dalle caratteristiche del materiale, e quindi l’emissione cosiddetta al calor bianco avviene a temperature diverse.
Mano a mano che il picco si sposta a lunghezze d’onda minori e la temperatura si alza, l’emissione colorata, tipica di ciascuna sostanza, lascia spazio a uno spettro via via più simile al corpo nero, ma, dato il segnale basso, la sovrapposizione del segnale con la sensibilità dell’occhio, dà la sensazione di bianco, vedendo solo la parte visibile della radiazione.

In entrambi i casi predomina il fenomeo dell’incandescenza. ovvero dell’emissione dovuta alla temperatura della sorgente, ma mentre nelle stelle l’emissione termalizzata è riconducibile al corpo nero, negli altri casi l’emissione è disordinata, con un picco nel lontano infrarosso, e tipica della sostanza. La relativamente bassa intensità del segnale visibile fa sì che esso venga integrato dando l’effetto dell’apparente colore bianco.


1Si definisce corpo nero un corpo che assorbe tutta la radiazione che lo colpisce. Se ne parla dettagliatamente in altre risposte, come questa e questa. Per alcuni giochini in java che possono aiutare a capire meglio,c’è questo sito.
2 Non esistono stelle verdi.
3Per vedere alcuni tipi di spettri di emissione, che sono standard nell’illuminotecnica si può vedere qui.