I quadri antichi non hanno più segreti

Una tecnica sfrutta la radiazione Terahertz per studiare le opere d'arte pittoriche. Un sistema che è utilizzato anche per guardare dentro alle nostre valigie all'aeroporto.

Giovanni Battista Salvi da Sassoferrato, Madonna in preghiera, olio su tela, diciassettesimo secolo. Quella a sinistra è una fotografia con luce visibile, quella a destra è un’immagine Terahertz visualizzata con colori fittizi. Crediti immagine: Georgia Institute of Technology

SCOPERTE – Vi è mai capitato di sbirciare nello schermo del controllo bagagli all’aeroporto? Quando la valigia o la borsetta di chi è in fila vicino a voi passano sul nastro trasportatore, potremmo essere tentati di curiosare all’interno guardando le immagini sullo schermo. Sono vere e proprie radiografie dei bagagli, acquisite con scanner a raggi X, che mostrano come la radiazione venga modificata nel momento in cui passa attraverso il contenuto del bagaglio, restituendone una immagine al negativo. I raggi X però non possono essere sfruttati per il controllo delle persone: sono infatti dannosi per la salute in quanto interagiscono con i tessuti biologici alterandone i componenti fondamentali (radiazioni ionizzanti), ed è bene ridurre le esposizioni al minimo, limitandosi per esempio alle radiografie mediche davvero necessarie. Per questo, negli aeroporti a maggior traffico, per automatizzare le procedure di perquisizione dei passeggeri si ricorre a uno scanner che sfrutta la radiazione Terahertz: questa non è pericolosa per la salute, perché non ha sufficiente energia per danneggiare i tessuti biologici. Si tratta di onde elettromagnetiche, come i raggi X, ma con frequenza molto inferiore, intermedia tra l’infrarosso e le microonde: le onde Terahertz sono in grado di penetrare i materiali non conduttivi, e vengono riflessi da ogni materiale in maniera diversa, permettendo di realizzare immagini di quello con cui entrano in contatto.

La capacità che hanno le onde Terahertz di penetrare i materiali è attualmente sfruttata anche per studiare le opere d’arte, soprattutto pittoriche. Già da lungo tempo anche le radiografie a raggi X affiancano le più comuni visualizzazioni ottica, ultravioletta e infrarossa, e ognuna di queste arricchisce la conoscenza delle singole opere e delle tecniche pittoriche utilizzate dagli artisti.

Un gruppo di ricercatori guidato dal professor David Citrin del Georgia Institute of Technology ha utilizzato uno scanner Terahertz per indagare i segreti nascosti tra le pennellate di Giovanni Battista Salvi da Sassoferrato, artista del diciassettesimo secolo attivo tra le Marche, l’Umbria e Roma: i risultati presentati in questa ricerca pubblicata sulla rivista Scientific Reports riguardano l’opera Madonna in Preghiera, olio su tela. Il nuovo approccio di analisi permette di scrutare in profondità tra gli strati che compongono il dipinto: l’artista procedeva prima alla preparazione del substrato, che poteva essere una parete, una tavola di legno o una tela, poi stendeva la mano preparatoria di fondo e aggiungeva strato dopo strato la pittura, fino a ottenere il lavoro finale. I risultati (detti immagini Terahertz) permettono un’analisi innovativa del metodo con cui venivano realizzate le opere più antiche, rivelando informazioni importanti per il restauro, la ricerca di possibili difetti e danneggiamenti, e per la spinosa questione dell’attribuzione.

“Questa tecnica ci permette di vedere ad alta risoluzione cosa c’è sotto la superficie del dipinto, per stabilire in modo approfondito quale tecnica sia stata usata, e per determinare quali difetti potrebbero essere presenti” afferma Alexandre Locquet, professore al Georgia Institute of Technology. “Usando questa tecnica, possiamo ricavare informazioni che gli storici dell’arte prima non potevano avere, e che possono essere utili per la conservazione e il restauro dei dipinti antichi”. Per realizzare le immagini Terahertz, i ricercatori hanno posizionato il dipinto su un cavalletto in modo che la tela rimanesse ben tesa. Uno scanner Terahertz commerciale ha permesso di esaminare l’opera procedendo per piccole porzioni di frazioni di millimetro, con impulsi di radiazione Terahertz. Lo scanner non è altro che un generatore di onde elettromagnetiche, di frequenza intermedia tra l’infrarosso e le microonde, che emette degli impulsi perché penetrino attraverso la superficie del dipinto, attraversando i vari strati pittorici di cui è composto. Parte delle radiazioni Terahertz viene riflessa dal dipinto, e il segnale riflesso è il risultato delle singole riflessioni delle onde su ogni strato pittorico. Il segnale viene registrato per ogni piccola porzione della tela grazie a un sistema di movimentazione ad alta precisione, così che alla fine della misurazione è stata composta una vera e propria immagine di come il dipinto appare “visto al Terahertz”.

Per interpretare l’immagine così ottenuta si utilizzano particolari tecniche di analisi dati, che permettono di distinguere i contributi dei singoli strati pittorici per ottenere una mappatura tridimensionale dell’opera. I ricercatori hanno riconosciuto il supporto di tela, il fondo, l’imprimitura – uno strato che serve a preparare il supporto per ricevere il colore –, l’abbozzo preparatorio, lo strato pittorico vero e proprio e la laccatura finale, che ha svelato un restauro precedente di cui non c’era stata evidenza durante le analisi passate. “La nostra tecnica somiglia al modo in cui la sismologia può essere sfruttata per identificare i vari strati di roccia del sottosuolo”, afferma il professor Citrin, che ha guidato gli studi. “In quel caso i sismologi inviano un impulso acustico e misurano l’eco risultante. In modo simile, noi usiamo impulsi di radiazione elettromagnetica di frequenza intorno al Terahertz e poi guardiamo le riflessioni che vengono dai vari strati, una scienza conosciuta come stratigrafia”.

Fino ad oggi questo genere di analisi permetteva di distinguere e riconoscere nel dipinto gli strati spessi tra 100 e 150 micrometri (più o meno lo spessore di un capello). Con i sistemi di elaborazione messi in campo con questa ricerca, è possibile individuare spessori fino a 20 micrometri, aprendo la strada ad analisi al Terahertz anche per dipinti realizzati prima del diciottesimo secolo. In epoche precedenti infatti gli artisti dipingevano in strati più sottili, e grazie ai recenti avanzamenti della ricerca anche le opere dei secoli sedicesimo e diciassettesimo potranno rivelare inediti segreti. Ancora non si riescono a distinguere i singoli pigmenti utilizzati, ma i ricercatori sperano di poterci arrivare in futuro.

La prossima sfida del team di ricerca è lo studio di un dipinto su tavola risalente al dodicesimo secolo: gli strati pittorici estremamente sottili, e il supporto di legno in parte danneggiato, richiederanno ulteriori perfezionamenti e sviluppi delle tecniche di analisi al Terahertz. Nel frattempo i ricercatori lavorano anche su antiche monete e altri manufatti metallici di epoca medievale, sfruttando la visualizzazione al Terahertz per leggere le iscrizioni nascoste sotto strati di ossido formatisi sui metalli: è una delle occasioni di approfondimento per il dialogo tra scienziati e umanisti, su un terreno comune che offre spunti spesso inaspettati per tutti gli attori in campo.

Leggi anche: Luce e colori, il segreto delle cattedrali gotiche

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