Gradiente spettrale

In astrofisica e planetologia, il gradiente spettrale è una misura della dipendenza della riflettanza dalla lunghezza d'onda.

Nel campo dell'elaborazione numerica dei segnali (digital signal processing, abbreviato in DSP), è una misura di quanto rapidamente un segnale audio decade alle alte frequenze, calcolata con la tecnica della regressione lineare.^[1]

In astrofica e planetologia

Lo spettro visibile e infrarosso della luce solare riflessa da un corpo celeste è utilizzato per dedurre alcune proprietà fisiche e chimiche del corpo in oggetto. Alcuni oggetti possono essere più brillanti (cioè avere una riflessione maggiore) alle alte lunghezze d'onda e quindi appaiono più rossi nel visibile di altri oggetti che non mostrano una dipendenza della riflettanza dalla lunghezza d'onda.

Il diagramma a lato illustra tre tipologie di gradiente spettrale:

• gradiente rosso, la riflettanza aumenta con la lunghezza d'onda
• spettro piatto (in nero)
• spettro blu, la riflettanza diminuisce con la lunghezza d'onda

Matematicamente il gradiente spettrale viene definito come:

${\displaystyle S={\frac {R_{F_{1}}-R_{F_{0}}}{\lambda _{1}-\lambda _{0}}}}$

dove ${\displaystyle R_{F_{0}},R_{F_{1}}}$ è la riflettanza misurata con i filtri F₀, F₁ che hanno come lunghezza d'onda centrale rispettivamente λ₀ e λ₁.^[2]

Il gradiente spettrale è tipicamente espresso in incremento percentuale della riflettanza (riflessività) per unità di lunghezza d'onda: %/100 nm (o % /1000 Å). Esso viene usato prevalentemente nel vicino infrarosso mentre l'indice di colore è più utilizzato nella parte visibile dello spettro elettromagnetico.

L'oggetto transnettuniano Sedna è un tipico esempio di un corpo che mostra un netto gradiente nel rosso (20%/100 nm), mentre lo spettro di Orcus appare piatto nel vicino infrarosso.

Gradiente spettrale audio

Il gradiente spettrale di molti segnali naturali audio (cioè la tendenza ad avere minore energia alle alte frequenze) è conosciuto da molto tempo,^[3] e si sa che esso è relativo alla natura della sorgente sonora. Un modo per quantificarlo è di applicare la regressione lineare all'analisi di Fourier del segnale, da cui si ottiene un singolo numero che indica la pendenza della curva che meglio interpola i dati spettrali.^[1]

Animali in grado di percepire il gradiente spettrale

Si ritiene che lo scarabeo stercorario sia in grado di percepire il gradiente spettrale del cielo e della luce polarizzata, e che lo utilizzi per orientarsi nei suoi spostamenti.^[4]

Anche le formiche del deserto del genere Cataglyphis utilizzano il gradiente di polarizzazione e della luce del cielo per orientarsi nei loro spostamenti.^[5]

Note