le coordinate celesti

Osservatorio Astronomico di torino
“INTRODUZIONE ALLA
SMARTASTRONOMY”
Parte 1: Le Costellazioni
Alberto Cora(1)(2)
Luca Zangrilli(1)(2)
(1) Istituto Nazionale di Astrofisica
(2) Società Astronomica Italiana
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Osservatorio Astronomico di torino
PROGRAMMA
CORSO “INTRODUZIONE ALLA SMARTASTRONOMY”
Docenti prof. Luca Zangrilli e prof. Alberto Cora
Contenuti del Corso
Il modo in cui possiamo avvicinarci all'Astronomia può e deve stare al passo con
i tempi. Con il termine smart-astronomy vogliamo indicare tutte le attività in
campo astronomico che possiamo fare utilizzando uno smart-phone. Possiamo
orientarci in cielo con molta semplicità; possiamo fare fotografia astronomica, e
perché no, fare anche ricerca scientifica.
Lungi dall'essere un semplice oggetto di svago, lo smart-phone è un aiuto per
imparare l'astronomia e averne delle soddisfazioni. Il corso consisterà quindi
nell'indagare i temi dell'Astronomia di base con l'utilizzo degli smartphone.
Inoltre, lo studio del funzionamento di questi dispositivi e degli applicativi per
uso astronomico, porterà naturalmente approfondire anche la comprensione del
funzionamento dei telescopi e dei rivelatori per l'indagine astronomica (CCD e
APS).
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Osservatorio Astronomico di torino
SOMMARIO
Nella prima parte del corso impareremo:
- Come orientarsi nel cielo utilizzando SkyMap (Bluestacks) e Stellarium.
- Cosa sono le costellazioni
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UN VIRTUAL OBSERVATORY IN TASCA
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Durante le lezioni teoriche dell corso faremo uso di strumenti di
virtual observatory
WWW.STELLARIUM.ORG
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disponibile anche x smartphone!
Osservatorio Astrofisico di torino
LE COSTELLAZIONI
Grotte di Lascaux, nella valle del Vézère (Francia) 15-20000 ac
TORO
Pleiadi
Aldebaran
Iadi
Montignac (France) 4 Agosto 15240 aC
Ardeche (France) Cave La-Tete-du-Lion 20.000 aC
360 al
417 al
65 al
155 al
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LE COSTELLAZIONI
88 costellazioni ricoprono la volta celeste
•
•
•
I popoli antichi guardavano le
stelle in cielo e immaginavano
figure raggruppandole
Ancora oggi ci riferiamo a molti di
quei raggruppamenti.
Gli
astronomi
li
chiamano
costellazioni (ovvero gruppi di
stelle).
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LE COSTELLAZIONI
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Nelle moderne carte astropnomiche, il
cielo è diviso in 88 regioni.
Ciascuna di queste regioni è una
costellazione.
La maggior parte delle stelle in una
costellazione non è per niente vicina a
un’altra.
Esse semplicemente appaiono vicine
perchè sono quasi nella stessa direzione
vista da Terra.
e … un modo più efficicae per
memorizzare le posizioni stellari:
LE COORDINATE CELESTI!
25
25
L’ASTROLOGIA NON HA NIENTE A CHE FARE CON L’ASTROMIA!!!
Personificazione dell'Astrologia (ca. 16501655), olio su tela del Guercino.
La linea degli equinozi quindi si sposta nel tempo girando in senso
orario e compiendo un giro completo di 360° in circa 25920 anni
(anno platonico). Visto che i segni sono sfalsati di circa 30° (1/12)
otteniamo che l'orscopo che noi conosciamo è nato circa 2160 anni
fa... 150 aC circa!
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ELENCO DELLE APP
Abbiamo utilizzato le seguenti App:
- SkyMap (planetario virtuale).
- Bluestacks (emulatore di Android).
- Stellarium (planetario virtuale).
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FINE PRIMA PARTE
Osservatorio Astronomico di torino
“INTRODUZIONE ALLA
SMARTASTRONOMY”
Parte 2: le coordinate celesti
Alberto Cora(1)(2)
Luca Zangrilli(1)(2)
(1) Istituto Nazionale di Astrofisica
(2) Società Astronomica Italiana
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SOMMARIO
Nella seconda parte del corso impareremo:
-Cos’è il sistema di riferimento Azimutale
-Le Coordinate Celesti e il sistema Equatoriale
-Cos’è il Tempo Universale e il Tempo Siderale
-Come utilizzare le coordinate celesti per puntare un telescopio
amatoriale sugli oggetti celesti.
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LE COORDINATE AZIMUTALI
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Il modo più semplice per descrivere la posizione di una stella è quella riferita
all’orizzonte dell’osservatore.
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Ma le coordinate altazimutali
mutano in continuazione…
LE COORDINATE AZIMUTALI
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Zenith (h=90°,0°< A<360°)
S
N
orizzonte (h=0°,0°< A<360°)
IL CATALOGO DI IPPARCO
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Ipparco fu uno dei maggiori astronomi
dell'antichità, e il suo catalogo stellare fu
probabilmente il primo nel mondo nel suo
genere, oltre che uno dei più importanti e
influenti. Il catalogo venne perduto agli inizi
dell'era cristiana, forse nell'incendio della
grande biblioteca di Alessandria.
Per prima usa coordinate celesti quali
l’ascensione retta.
L’Atlante Farnese è probabilmente copia
di una statua greca che rappresenta
proprio il cielo osservato da Ipparco, con le
cstellazioni che I greci ci hanno tramandato.
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IL CATALOGO DI FLAMSTEED
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John Flamsteed, nel
1714 pubblica il suo
catalogo stellare di quasi
3000 stelle, Historia
Coelestis Britannica. E’
il primo astronomo
moderno che utilizza la
declinazione e
l’ascensione retta per
descrivere la posizione
delle stelle. L’atlante
uscirà postumo nel 1729.
Per la cronaca JF…
avvista Urano, ma la
scambia per una stella
(34TAU)
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LE COORDINATE CELESTI
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Immaginiamo di espandere le
coordinate geografiche terrestri
sulla volta celeste…
in particolare prolunghiamo
l’asse di rotazione ed
espandiamo il cerchio
equatoriale fino a raggiungere
la volta celeste
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LE COORDINATE CELESTI
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Definiamo declinazione δ (abbreviata
Dec) l'angolo celeste al centro della terra
sotteso da un arco di meridiano celeste
compreso fra l'equatore celeste e il parallelo
passante per l'oggetto (è la latitudine
proiettata sulla sfera celeste anziché sulla
superficie terrestre). Per convenzione i
punti a nord dell'equatore celeste hanno
declinazione positiva, mentre quelli al di
sotto hanno declinazione celeste.
La declinazione è espressa in gradi, primi
e secondi
LE COORDINATE CELESTI
Osservatorio Astronomico di torino
•
•
•
Come nel caso delle coordinate geografiche, anche nel caso delle
coordinate celesti dobbiamo definire un punto di origine…
Nel caso della Longitudine si è fissato per convenzione il meridiano 0 detto di
Greenwich
Nel caso dell’ascensione rette utilizzeremo l’intersezione di 2 piani astronomicamente
notevoli (equatore ed eclittica)
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LE COORDINATE CELESTI
Osservatorio Astronomico di torino
•
•
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L’intersezione dei piani eclittica ed
equatoriale consente di individuare
2 punti sulla volta celeste (Nodi), i
cui sarà visibile il Sole negli istanti
dell’equinozio invernale e
autunnale.
Il nodo invernale è noto anche
come punto γ.
LE COORDINATE CELESTI
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Definiamo Ascensione Retta (spesso indicato
con la sigla AR, o con la lettera greca α, o anche
RA dalle iniziali della sua traduzione inglese
right ascension) la distanza angolare fra il
meridiano fondamentale (individuato dal punto
γ dell’Ariete) e il meridiano passante per
l'oggetto celeste. L'Ascensione Retta è analoga
alla longitudine, ma proiettata sulla sfera celeste
anziché sulla superficie terrestre. L'ascensione
retta è misurata in ore, minuti e secondi,
corrispondenti alla rotazione terrestre: 24 ore di
ascensione retta sono un giro completo. Un'ora
equivale a 15 gradi.
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le coordinate celesti
Mutano lentissimamente!
CONFRONTO TRA COORDINATE
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La congiungente il centro della Terra e
l’Osservatore definisce lo Zenith. Il
piano
dell’orizzonte
passa
per
l’osservatore ed è tangente alla sfera
terrestre.
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Confronto, coordinate
LE COORDINATE CELESTI
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In base alla latitudine dell’osservatore I moti delle apparenti saranno diversi
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Infatti l’altezza del polo celeste sull’orizzonte
è pari alla latitudine!
h(polo)=λ=Lat
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LA SFERA CELESTE
In base alla latitudine dell’osservatore le stelle visibili saranno diverse
Le stelle circumpolari boreali, prive di
moti apparenti sotto l’orizzonte… non
sorgono ne tramontano! (non si
vedono di giorno a causa della
diffusione della luce, ma sono sempre
presenti) δ<+(90°-Lat)
la zona del cielo dove le stelle
sorgono è tramontano è identificabile
con una fascia δ = ±(90°-Lat)
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Le stelle circumpolari australi, tutte
con moti apparenti sotto l’orizzonte…
non sorgono mai! δ<-(90°-Lat)
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LE COORDINATE CELESTI
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•
Ma le coordinate celesti, si modificano nel tempo, infatti la terra ruota come una
trottola e questo causa la precessione degli equinozi.
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IL MOTO PROPRIO DELLE STELLE
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Tecnicamente anche le coordinate delle stelle dovrebbero essere
continuamente aggiornate per effetto della precessione e a causa dei
moti propri delle stelle… questi ad eccezione di alcune stelle, possono
essere “quasi sempre” trascurati!
La stella di
Barnard
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2006
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IL MOTO PROPRIO DELLE STELLE
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RIEPILOGO COORDINATE
CELESTI
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Author: Tfr000 (talk) 20:50, 17 April 2012 (UTC)
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IL TEMPO
Per collegare le coordinate Azimutali a quelle celesti,
Servono informazioni sullo spazio (cordinate geografiche) e sul tempo!
Vale anche l’inverso … e quindi osservando il cielo si ha l’informazione sul
Luogo e sul tempo!!!
L’ASTRONOMIA E’ IL PRIMO CALENDARIO DELL’UMANITA’
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Blanchard and Lartet bones, more than 30,000 years old
L’osso di Lebombo (35.000 a.c)
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Border Cave - swaziland
L’osso di Lebombo (35.000 a.c)
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Uno dei più antichi manufatti conosciuti è una
fibula di babbuino su cui sono incise 29 tacche.
Trovato sulle montagne di Lebombo tra il
Sudafrica e lo Swaziland negli anni 70 durante
gli scavi di Border Cave, una grotta che abitata
sin dal 35000 avanti Cristo, è il primo artefatto
astronomico/matematico che ci suggerisce
come vi fosse già l’interesse a misurare il
trascorrere dei giorni e di metterli in relazione
con il periodo sinodico delle fasi lunari, oppure
il ciclo femminile?
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L’osso di Blanchard (28.000 a.c)
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Un osso istoriato da incisioni di forma circolare proviene da Abri Blanchard,
regione di Les Eyzies de Tayac sita nel Perigord francese. Questo oggetto,
appartenente al Periodo Aurignaziano (28.000 a.C.), presenta 69 incisioni . Le
istoriazioni furono eseguite in periodi diversi con 24 strumenti differenti.
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L’osso di Blanchard (28.000 a.c)
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IL TEMPO
Sostanzialmente sono tre i fenomeni cosmici che hanno permesso per
lungo tempo all'umanità di misurare lo scandire del tempo:
• il giorno (legato alla rotazione della Terra sul proprio asse),
•il mese (il succedersi delle fasi lunari)
• l'anno (rivoluzione della Terra intorno al Sole), e di come questi fenomeni
siano stati studiati possiamo trovarne tracce sin dagli albori della civiltà
umana.
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IL TEMPO: il Giorno Solare
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definiamo giorno solare :il periodo di
tempo tra due successive culminazioni
del Sole al meridiano: 24h !!!
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Il mezzogiorno è caratterizzato anche dal fatto che le ombre sono
minime (corte!)
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IL TEMPO SOLARE
Il mezzogiorno locale
varia
con
la
longitudine
dell’osservatore!
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IL TEMPO CIVILE
Il tempo civile o tempo legale o tempo medio del fuso è il tempo solare medio del
meridiano centrale di un fuso. Questo tempo, deciso per legge, è valido per tutte le
località poste entro uno stesso fuso orari Il planisfero è suddiviso in 24 spicchi di 15°.
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Un acuto osservatore (a bardonecchia) si accorge che il mezzogiorno, segnato
da una Meridiana anticipa, nel periodo invernale, di 27’ il mezzogiorno civile.
Sapete determinare la sua longitudine?
Culminare del
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IL TEMPO UNIVERSALE
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Per comodità gli astronomi hanno deciso di riferirsi all’osservatorio
Astronomico di Greenwich e al suo meridiamo (GMT) per fissare un tempo
unico su tutto il planisfero detto Tempo Universale (UT).
In realtà la definizone è molto più complicata….
Il tempo coordinato universale (UTC), conosciuto anche come tempo civile, è il
fuso orario di riferimento da cui sono calcolati tutti gli altri fusi orari del mondo.
Esso è derivato dal tempo medio di Greenwich , con il quale coincide a meno
di approssimazioni infinitesimali, e perciò talvolta è ancora chiamato GMT.
Per il nostro utilizzo UT=GMT
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IL TEMPO SIDERALE
Il giorno solare è dovuto alla
composizione di 2 moti:
1) la rotazione terrestre…
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IL TEMPO SIDERALE
Il giorno solare è dovuto alla
composizione di 2 moti:
1)la rotazione terrestre
2)la rotazione della terra intorno al Sole
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IL TEMPO SIDERALE
Il giorno solare è dovuto alla
composizione di 2 moti:
1)la rotazione terrestre
2)la rotazione della terra intorno al Sole
Per questa ragione dobbiamo distinguere
Il giorno solare dal giorno siderale, che
tiene conto solo della rotazione terrestre.
Il tempo siderale è utile per determinare
dove si trovano le stelle in un certo istante.
Il tempo siderale divide una rotazione
completa della Terra in 24 ore siderali;
allo stesso modo, la mappa del cielo è
divisa in 24 ore di ascensione retta (AR).
Il tempo siderale locale (TSL) indica l’AR
che sta passando sul meridiano.
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IL TEMPO SIDERALE
RIEPILOGHIAMO: giorno siderale e giorno
solare
Il tempo tra due transiti del sole(1-3) è maggiore di
4 minuti del tempo tra due transiti di una stella,
individuati dalle situazioni (1-2). Nella situazione 1
stella e Sole sono allineati al meridiano dell’oss.,
nella situazione 2, a causa del moto di rivoluzione
della Terra, l’osservatore vede il transito in
meridiano della stella prima di quello del Sole.
Il giorno siderale è il periodo impiegato dalla Terra
per eseguire un'intera rotazione attorno al
proprio asse: 23h 56' 4,1”
Il giorno Solare è il frutto di 2 moti, quello di
rotazione della terra su se stessa e quello di
rivoluzione intorno al Sole!!!
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L’ora solare è il tempo trascorso dalla
mezzanotte, l’ora siderale è il tempo trascorso
dal passaggio del punto Υ dell’ariete al
meridiano … sembra complicato, ma ha una
sua utilità….
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LA MONTATURA EQUATORIALE
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Il sistema delle coordinate celesti è utilizzato nella
montatura equatoriale dei telescopi
POLO NORD
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LA MONTATURA EQUATORIALE
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L’asse polare deve essere inclinato di un angolo, pari
alla latitudine dell’osservatore
POLO NORD
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LA MONTATURA EQUATORIALE
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Il telescopio deve essere orientato appropriatamente
a Nord … può essere utile una bussola!
POLO NORD
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LA MONTATURA EQUATORIALE
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Per verificare/perfezionare la messa in postazione
si consiglia di puntare la stella polare o al telescopio
oppure tramite il cannocchiale polare.
POLO NORD
Polaris View
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LA MONTATURA EQUATORIALE
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ora il telescopio è pronto ad essere puntato con le coordinate:
Declinazione e Ascensione Retta (Angolo Orario) dell’oggetto.
POLO NORD
DEC
AR (AO)
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L’ANGOLO ORARIO
L'angolo orario (AO) è una delle coordinate usate nel sistema
equatoriale per esprimere la direzione di un punto sulla sfera celeste,
rispetto al meridiano. Viene comunemente usato per puntare i telescopi.
SUD
O
Il Tempo Siderale (TS) ci dice quanto tempo
è passato dal transito del p.to γ al merdiano
(SUD)
TS
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γ
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L’ANGOLO ORARIO
L'angolo orario (AO) è una delle coordinate usate nel sistema
equatoriale per esprimere la direzione di un punto sulla sfera celeste,
rispetto al meridiano. Viene comunemente usato per puntare i telescopi.
SUD
Il Tempo Siderale (TS) ci dice quanto tempo
è passato dal transito del p.to γ al merdiano
(SUD)
AR
L’Ascensione Retta (AR) è la
coordinata con origine nel p.to γ.
O
TS
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γ
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L’ANGOLO ORARIO
L'angolo orario (AO) è una delle coordinate usate nel sistema
equatoriale per esprimere la direzione di un punto sulla sfera celeste,
rispetto al meridiano. Viene comunemente usato per puntare i telescopi.
SUD
Il Tempo Siderale (TS) ci dice quanto tempo
è passato dal transito del p.to γ al merdiano
(SUD)
AO
L’Ascensione Retta (AR) è la
coordinata con origine nel p.to γ.
O
TS
L’Angolo Orario (AO) esprime la
distanza angolare dell’ogetto rispetto al
meridiano.
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γ
AO=TS-AR
Il tempo siderale è locale!!!!!
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CHI HA INVENTATO LE NOSTRE COSTELLAZIONI
Costellazioni tolemaiche
• Le 48 costellazioni tolemaiche sono: Andromeda, Acquario,
Aquila, Altare, Nave (oggi suddivisa in Carena, Poppa,
Bussola e Vela), Ariete, Auriga, Boote, Cancro, Cane
Maggiore, Cane Minore, Capricorno, Cassiopea, Centauro,
Cefeo, Balena, Corona Australe, Corona Boreale, Corvo,
Cratere, Cigno, Delfino, Dragone, Cavallino, Eridano,
Gemelli, Ercole, Idra Femmina, Leone, Lepre, Bilancia, Lupo,
Lira, Ofiuco, Orione, Pegaso, Perseo, Pesci, Pesce Australe,
Freccia, Sagittario, Scorpione, Serpente, Toro, Triangolo
Boreale, Orsa Maggiore, Orsa Minore e Vergine.
Costellazioni Recenti IAU
• Gru, Tel, Indiano, Ara, Pavone, Ottante, Aps,
Cha,Musca, Hyi, Tucano …..
MAUNDER : 36° NORD circa 2500 aC
tavoletta risalente a circa il 1700 a.C.
Sulla diagonale orizzontale sono incisi i
valori 1, 24, 51, 10 (da essere intesi come 1
+ 24/60 + 51/602 + 10/603, cioè 1.414213,
che è il valore ben noto della radice di 2,
approssimato alla sesta cifra decimale)
un caso speciale del teorema di Pitagora,
milleduecento anni prima del grande nativo di
Samo
ASTRONOMIA/ASTROLOGIA BABILONESE
Sumeri (scrittura) , Caldei, Accadi e Babilonesi
-periodicità dei fenomeni astronomici
- primi ad applicare la matematica alle loro
predizioni.
- ciclo di saros
Bisogna attendere la scoperta delle tavolette di
"Mulapin" per poter parlare di Zodiaco delle
costellazioni. Datate intorno al 700 a.C. e vi si legge
che la Luna, il Sole e gli astri mobili (7 in tutto)
seguono un sentiero celeste attraverso 15
costellazioni.
… da loro deriva l’Astromia occidentale
Ottimi osservatori precisione sotto il 1’
COSA ABBIAMO IMPARATO…
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Le costellazione sono un metodo per
riconoscere le stelle
Sistema Altazimutale (altezza, azimuth)Lat,Long
Coord. Celesti (α,δ)t
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Ho trascurato i moti propri… ma…
abbiamo quello che serve per puntare
un telescopio…
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ELENCO DELLE APP
Abbiamo utilizzato le seguenti App:
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Sidereal Clock (orologio).
Clinometer + bubble level (inclinometro)
Compass 360 Pro Free (bussola)
Polaris View (visualizzatore stella polare)
Bluestacks (emulatore di Android).
Stellarium (planetario virtuale).
FINE SECONDA PARTE
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“INTRODUZIONE ALLA
SMARTASTRONOMY”
Parte 3: le magnitudini
Alberto Cora(1)(2)
Luca Zangrilli(1)(2)
(1) Istituto Nazionale di Astrofisica
(2) Società Astronomica Italiana
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SOMMARIO
Nella terza parte del corso impareremo:
- cos’è la magnitudine
- a stimare la luminosità delle stelle con il metodo Argelander
- come si misura la distanza delle stelle con le candele standard
- come funziona il sistema occhio-cervello
- perché si preferisce l’oggettività della fotografia all’osservazione visuale
- cosa è un sistema ottico afocale.
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Perchè il cielo notturno è buio???
Se l’universo è: eterno, (F)
infinito, (F)
statico e … (F)
riempito uniformemente
di stelle!
(galassie!)
<paradosso di Olbers>
In cielo si incontra una grande varietà di luminosità
Betelgeuse α Ori
gigante rossa
Aldebaran α
Tau 65 a.l.
Alcyone 360 a.l.
Rigel β Ori
gigante azzurra
1) Le stelle sono intrinsecamente diverse l’una dall’altra
2) Si trovano a distanze differenti
Il flusso : luminosità
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Poniamo una lampadina che emette
una certa potenza totale L.
L’energia si disperde su superfici,via a
via più grandi S=4πd2. Il flusso di
energia, che è collegato alla
percezione di luminosità diminuisce
F luminosità apparente [watt/m2]
L luminosità intrinseca [watt]
d distanza [m]
La luminosità di una stella può essere definita come la quantità di energia irradiata
ogni secondo: la sua unità di misura, secondo il Sistema Internazionale di misura
(S.I.), è il watt, cioè il joule al secondo (J/s). L’energia viene dispersa radialmente
rispetto alla superficie luminosa; ciò comporta che, mano a mano che ci allontaniamo
da questa fonte di luce, la stessa energia viene dispersa su una ideale superficie
sferica sempre più grande. Questo comportamento viene descritto dalle legge
dell’inverso del quadrato.
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Ipparco (127 A.C.)
Osservatorio Astronomico di torino
Circa nel 127 a.C., Ipparco di Nicea compila il primo catalogo stellare,
comprendente meno un migliaio di stelle, e ne da la posizione e la luminosità.
Utilizza la pratica ellenistica di dividere le stelle visibili ad occhio nudo in sei
magnitudini. Le stelle più luminose erano dette di prima magnitudine (mag =
+1), quelle brillanti la metà di queste erano di seconda magnitudine, e così via
fino alla sesta magnitudine (mag = +6), al limite della visione umana ad occhio
nudo.
Questa definizione di luminosità si ricollega al fatto che le più brillanti sono
quelle che appaiono per prime (1a grandezza) dopo il tramonto, dopo di che
appaiono quelle meno brillanti (2a grandezza) dopo le quali si scorgono le
meno luminose (dalla 3a alla 6a grandezza) e quindi la grandezza è
storicamente collegata all’ordine di apparizione fino al raggiungimento del
crepuscolo astronomico.
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L’unità di misura della luminosità delle stelle è la grandezza definiita da
Ipparco, più correttamente espressa con il termine “magnitudine”
Fechner (1860)
Osservatorio Astronomico di torino
Le magnitudini definite da Ipparco, possiedono la curiosa caratteristica, la
stella di 1a grandezza è circa 100 volte più luminosa della stella di sesta!
Tale comportamento è in relazione con la fisiologia dell’occhio umano, che ha
una risposta logaritmica allo stimolo luminoso.
Il rapporto tra stimolo e percezione fù studiata per prima da Weber, che
descrisse come l’uomo percepisse lo stimolo del peso, Fechner formulò la
relazione matematicamente… detta p la percezione e s lo stimolo:
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Pogson (1856)
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Se tra la 6a mag e la 1a mag (5 magnitudini) c’è una differenza di
100 volte del flusso luminoso ricevuto, tra due grandezze limitrofe esiste una
differenza di:
K=1001/5≅2.5 (rapporto di Pogson)
Una stella di 2a mag è circa 2,5 volte meno luminosa di una di 1 mag; la 3a
mag, sarà circa 6 volte meno luminosa. Pogson, con 4 anni di anticipo su
Fechner diede la definizione di magnitudine ancora usata oggi:
nel tentativo di conservare l’analogia con la vecchia classificazione di
Ipparco, pose pari a 2 la magnitudine della stella Polare, fissando la costante
di integrazione.
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I Telescopi
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Consideramo la formula di Pogson:
Sia L la luminosità di una stella visibile al limite a occhio nudo: m2=6.0 mag
con d=6mm (diametro della pupilla al suo massimo di dilatazione).
F2=L2/π (d/2)2
In questo caso non è la superficie dove si distribuisce l’energia della sorgente,
bensì quella di raccolta (pupilla)
A parità di luminosità (L) il flusso (F) dipende solo dalla superficie di raccolta e
possiamo stimare la luminosità della stella più debole osservabile con un
telescopio di dametro D.
m= 6 + 5 log10 D/6
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Il telescopio, aumentando la superficie di raccolta, rende visibili stelle più
deboli.
Magnitudine apparente, assoluta, modulo della distanza
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La magnitudine definita da Pogson si dice apparente (m), dato che
l’osservazione e la misura si effettuano dalla Terra. Esiste una relazione che ci
permette di ricavare il valore della magnitudine assoluta di una stella (M), che
esprime la magnitudine apparente di una stella vista da 10 parsec di distanza.
Magnitudine assoluta
Modulo della distanza
Distanza
Quindi nota la magnitudine assoluta (M) e quella apparente (m),
possiamo calcolarci la distanza
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Il recettore
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Ma il flusso di energia misura, non è solo determinato dalla sorgente,
Ma è legato anche al recettore.
Dobbiamo distiguere vari casi: apparente,
assoluta, visuale, fotografica, bolometrica,
U,B,V,R,I etc etc
… ma il recettore finale è pur sempre l’occhio!
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IL METODO A GRADINI DI ARGELANDER
Osservatorio Astronomico di torino
Un metodo possibile per stimare la luminosità delle stelle è quello a gradini di
Argelander. Si basa sul confronto della luminosità della variabile, con altre due
stelle di luminosità nota una più luminosa, l’altra meno.
E’ importante scegliere opportunamente le stelle di confronto, che devono avere:
luminosità costante,
Medesimo colore/spettro della variabile
Essere prossime alla variabile (evitare l’estinzione atmosferica)
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IL METODO A GRADINI DI ARGELANDER
Osservatorio Astronomico di torino
0 GRADINI : Quando le due stelle
appaiono uguali anche dopo una
osservazione prolungata
1 GRADINO : Quando le due
stelle al primo colpo d'occhio
sembrano uguali e solo dopo un
certo tempo ci si accorge che
una è più luminosa dell'altra.
2 GRADINI : Quando le due stelle
sembrano uguali al primo colpo
d'occhio ma subito dopo si nota un
differenza di luminosita'.
3 GRADINI : Quando gia' al primo
colpo d'occhio si nota una certa
differenza.
4 GRADINI : Quando al primo
colpo d'occhio la differenza e' ben
evidente.
5 GRADINI : Quando si ha
un'evidente
sproporzione
di
luminosita' fra le stelle in esame
B
V
C
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A(x)V(y)B
V = A + ( x/x+y) * (B-A)
C = 4.65 mag
B=3.75 mag
ESERCIZIO
Tracciare la curva di luce della supernova 2014J
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A
D
B
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C
2014 01 14,558
2014 01 15,570
MA=10,9 MB=12,6 MC=13,8 MD=14,1 (mag)
2014 1 16,641
ESERCIZIO
Tracciare la curva di luce della supernova 2014J
Osservatorio Astronomico di torino
A
D
B
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C
2014 01 17,612
2014 01 19,617
MA=10,9 MB=12,6 MC=13,8 MD=14,1 (mag)
2014 1 20,620
ESERCIZIO
Tracciare la curva di luce della supernova 2014J
Osservatorio Astronomico di torino
A
D
B
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C
2014 01 25,5
2014 02 01,5
MA=10,9 MB=12,6 MC=13,8 MD=14,1 (mag)
2014 3 11,5
ESERCIZIO
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Esercizio:
Nel nel gennaio 2014, si è osservato l’esplosione di una supernova nella
Galassia M82. Tracciate la curva di luce e determinate il massimo della luminosità
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ESERCIZIO
(continua):
1) Calcolare il modulo della distanza.
Nell’ipotesi che si tratti di una supernova Ia e la sua
magnitudine assoluta sia -19 mag
2) Trascurando l’assorbimento delle
polveri calcolare la distanza in pc
3) In base al risultato ottenuto sapete
dire se l’oggetto è galattico o
Extragalattico
4) Conoscendo la magnitudine assoluta
del Sole (4,83 mag) calcolare quante
volte è più brillante
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SOLUZIONI ESERCIZIO
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SOLUZIONE
1)m-M= 30,9 mag
2) d= 10 0.2(30,9+5) =15 Mpc
3) Extragalattico
4) F1/F2 = 10 (23.8/2.5) ≅ 1010 volte più brillante
NOTA BENE:
La distanza di M82 (galassia a sigaro) è di soli 3,5 Mpc la differenza
è legata all’estinzione dovute a gas e polveri che riducono la luminosità
apparente (di circa 3,2 mag)
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L’OCCHIO E LA VISIONE
Osservatorio Astronomico di torino
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L’OCCHIO E LA VISIONE
Osservatorio Astronomico di torino
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L’OCCHIO E LA VISIONE
Osservatorio Astronomico di torino
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L’OCCHIO E LA VISIONE
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L’OCCHIO E LA VISIONE
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… ma non dimenticatevi del
Cervello!
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L’OCCHIO E LA VISIONE
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Il caso dei canali marziani
IL CASO DEI CANALI MARZIANI
Osservatorio Astronomico di torino
Giovanni Virginio Schiaparelli
Savigliano (CN) 14/3/1835 Milano 4/7/1910
Ingegnere (Università di Torino nel 1854), studiò
astronomia all'Osservatorio di Berlino sotto Johann
Franz Encke e all'Osservatorio di Pulkovo sotto Otto
Struve. Rientrato in Italia nel 1860, venne nominato
"secondo astronomo" all'Osservatorio di Brera e,
nel 1862, direttore. Nel 1867 pubblicò la memoria
"Note e riflessioni intorno alla teoria astronomica
delle stelle cadenti", nella quale teorizzò il nesso tra
meteore e comete. Nel 1877 iniziò i suoi studi su
Marte…
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IL CASO DEI CANALI MARZIANI
Osservatorio Astronomico di torino
Schiaparelli osservava ad un
rifrattore di 214 mm di
diametro, ma cosa vedeva
realmente?
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IL CASO DEI CANALI MARZIANI
Osservatorio Astronomico di torino
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IL CASO DEI CANALI MARZIANI
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http://www.archivistorici.inaf.it/
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IL CASO DEI CANALI MARZIANI
Osservatorio Astronomico di torino
Percival Lowell ricco
astronomo statunitense,
inizialmente dubbioso,
divenne ben presto uno
dei più ferventi sostenitori
della natura artificiale dei
canali marziani.
Il termine usato da
Schiaparelli: canale è
tradotto canal anzichè
channel.
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IL CASO DEI CANALI MARZIANI
Osservatorio Astronomico di torino
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IL CASO DEI CANALI MARZIANI
Osservatorio Astronomico di torino
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IL CASO DEI CANALI MARZIANI
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IL CASO DEI CANALI MARZIANI
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1965 Mariner IV
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OTTICA AFOCALE
Osservatorio Astronomico di torino
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OTTICA AFOCALE
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L’importanza delle nuove (vecchie) tecnologie
Osservatorio Astronomico di torino
LA SOCIETA’ DELL’IMMAGINE: 1975
la prima videocamera con CCD da
allora
la pellicola perde terreno (fotocamere,
videocamere, fax, scanner,
apparecchiature mediche anche a
raggi x, cellulari e … imaging
astronomico!)
L’IMMAGINE CONTIENE
INFORMAZIONI: … facilmente
trasportabili e manipolabili …
Dalle missioni spaziali a you-tube
IL PROBLEMA DEI FORMATI
ALMAZ
Charge Coupled Device (CCD)
Osservatorio Astronomico di torino
Viene inventato nel 1969 da Williard Boyle e George E. Smith (nobel 2009)
nei AT&T Bell Labs .
Si tratta di un circuito digitale avente funzioni di registro a scorrimento, con funzioni di
linea di ritardo o anche …. elemento di memoria. Nei test ci si accorge che la carica
depositata tendeva a crescere con I livelli di esposizionie!
Tecnologia CMOS
Osservatorio Astronomico di torino
IL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO:
E’ L’EFFETTO FOTOELETTRICO
UTILIZZANDO SEMICONDUTTORI
(tipo p o tipo n)
Esiste una energia di soglia e quindi
una lunghezza d’onda:
λc= hc/Eg
superata la quale ……..
Tecnologia CMOS
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IL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO:
E’ L’EFFETTO FOTOELETTRICO
UTILIZZANDO SEMICONDUTTORI
(tipo p o tipo n)
Esiste una energia di soglia e quindi
una lunghezza d’onda:
λc= hc/Eg
superata la quale ……..
Osservatorio Astronomico di torino
CCD vs APS
In primo luogo a tutti qual è la differenza tra una fotocamera astronomica
(CCD) e la nostra macchina fotografica o le camere dei nostri cellulari?
Sia CCD (Charge-Coupled Device) che APS (Advance Photo System) sono
tecnologie CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).
Se si è compreso come lavorano le celle solari lavoro, avete capito una la
base della tecnologia che viene utilizzata per convertire luce in elettroni.
Un modo semplificato di pensare al sensore utilizzato in una macchina
fotografica digitale (o videocamera) è pensare come avere una matrice 2-D di
migliaia o milioni di piccole celle solari, ciascuna delle quali trasforma la luce
da una piccola porzione del immagine in elettroni. Sia CCD che APS
eseguono questa operazione ma utilizzano metodi di lettura della matrice
differenti.
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Osservatorio Astronomico di torino
CCD vs APS
In un dispositivo CCD, la carica viene trasportata
attraverso il chip a bordo della matrice e letta. Un
convertitore analogico-digitale trasforma il valore di
ciascun pixel in un valore digitale. Per questa ragione
sono detti dispositivi a scorrimento di carica.
Nella maggior parte dei dispositivi APS, ci sono diversi
transistori ad ogni pixel che amplificano e spostare la
carica con fili più tradizionali. L'approccio CMOS è più
flessibile perché ogni pixel può essere letta
singolarmente.
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Osservatorio Astronomico di torino
CCD vs APS
. i CCD, sono caratterizzati da alta qualità, immagini a bassa rumorosità.
. I sensori APS, sono più sensibili al rumore.
. Poiché ogni pixel su un sensore APS ha diversi transistori situato accanto ad esso,
la sensibilità alla luce di un chip APS tende ad essere inferiore. Molti dei fotoni che
colpiscono il chip hit transistori posto del fotodiodo.
. APS consuma tradizionalmente poco potere.
. CCD utilizzano un processo che consuma più energia.
. Chip APS possono essere fabbricati su praticamente qualsiasi linea di produzione
silicio standard, in modo che tendono ad essere estremamente costoso rispetto ai
sensori CCD.
. sensori CCD possiedono un sistema di raffreddamento che consente di ridurre i
rumori.
A causa di queste differenze, i CCD tendono ad essere utilizzati nelle fotocamere di
alta qualità a cui si richiede un'eccellente sensibilità alla luce. I sensori APS ancora di
qualità inferiore, minore risoluzione e minore sensibilità stanno però rapidamente
migliorando al punto da competere con i dispositivi CCD in alcune applicazioni.
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Osservatorio Astronomico di torino
APPs 4 CAM
Esistono varie APPs per (4) CAMere disponibili per pilotare le camere digitali nei
nostri telefonini:
Open Camera è una delle applicazion open source. Esso include
auto-stabilizzazione, i controlli della fotocamera manuale, varie
modalità per scattare foto (raffica), e comandi vocali. E’
completamente gratuita e senza pubblicità.
Lenx, app gratuita che consente di definire il tempo di esposizione.
Tenendo l’otturatore aperto (particolare meccanico inutile nei
nostri telefonini), permette di integrare l’immagine nel tempo.
Long Exposure, altr app gratuita, che consente di definire il tempo di
esposizione. Permette anche di definirechiaramente la messa a
fuoco a infinito, necessaria per il coretto funzionamento del sistema
a-focale.
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Osservatorio Astronomico di torino
ELENCO DELLE APP
Abbiamo utilizzato le seguenti App:
-Open Camera (fotocamera)
-Lenx (fotocamera)
-Long Exposure (fotocamera)
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FINE TERZA PARTE
Osservatorio Astrofisico di torino
“INTRODUZIONE ALLA
SMARTASTRONOMY”
Parte 4: ASTROFOTOGRAFIA CON LO
SMARTPHONE
Alberto Cora(1)(2)
Luca Zangrilli(1)(2)
(1) Istituto
2
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Nazionale di Astrofisica
Oss. Astrofisico di Torino
(2) Società Astronomica Italiana
SOMMARIO
Osservatorio Astrofisico di torino
• L’importanza delle nuove (vecchie) tecnologie
• Charge Coupled Device (CCD)
Principio di funzionamento Conversione foto-elettrica
• Advance Photo System (APS)
• Applicare lo SMARTPHONE al Telescopio
• Iniziazione all’astrofotografia
CCD vs APS dei cellulari
Osservatorio Astrofisico di torino
Vi è un altro fondamentale differenza tra CCD e la fotocamera del cellulare …
Il CCD è sprovvisto di lenti, e utilizza solo le parti ottiche del telescopio. Invece la
fotocamera mobile è montato all'interno del telefono e utilizzare un proprio obiettivo.
La telecamera all'interno del vostro telefono cellulare dispone di un sistema di messa a
fuoco, controllato da un software. Al fine di fare una foto al telescopio si dobbiamo
imparare l'opzioni che si trovane nelle applicazioni della fotocamera:
- Senza flash
- Fuoco all’infinito
- sensibilità (ISO)
- tempo di esposizione.
Non tutte le APP, contengono queste opzioni… spesso (direi sempre) l’incremento di
sensibilità è in realtà un’aumento dei tempi di espozione.
E l’aumento dei tempi di esposizione spesso le APP lo ottengono applicando lo “stacking”
automatico.
OPEN CAMERA
Osservatorio Astrofisico di torino
Come abbiamo già visto ci sono un sacco di APP per telecamere ', ho scelto
l'applicazione "Open Camera" per controllare il dispositivo a titolo di esempio.
Open Camera è una delle applicazioni “open source”.
Esso include alcune caratteristiche interessanti oltre a quelle necessarie quali:
- scatto a raffica
- timer o anche comandi vocali (per evitare vibrazioni)
- griglia (facilita il centraggio delle ottiche)
- consente di definire la cartella di salvataggio e prefisso dei file
- consente di denominare il file con data e ora dello scatto
- è gratuita
- non include spot pubblicitari.
OPEN CAMERA
Osservatorio Astrofisico di torino
ISO
BLOCCO
FLASH
SETUP
COSA SERVE … oltre allo smartphone
Osservatorio Astrofisico di torino
Allineare il
Cercatore
Bilanciare i pesi!
AR e Dec !!!
1) TELESCOPIO
2
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… messa in stazione
(rudimentale)
COSA SERVE … oltre allo smartphone
Osservatorio Astrofisico di torino
2) ADATTATORE
Il modo più semplice per scattare una foto al telescopio è
quello di tenere semplicemente la fotocamera del
telefono fino al oculare, ma questo approccio raramente
produce buoni risultati. Non solo è molto difficile
centrare l'oggetto correttamente, ma è anche difficile
assicurare la corretta
Un semplice adattatore migliorerà la vostra (vita)
astrofotografia.
COSA SERVE … oltre allo smartphone
Osservatorio Astrofisico di torino
3) FILTRI
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E’ una buona idea avere un set di filtri a disposizione.
l'ingrandimento determina la grandezza dell'oggetto,
ma anche la luminosità. I filtri consentono
ulteriormente di regolare la brillantezza e di evitare la
sovraesposizione.
COSA SERVE … oltre allo smartphone
Osservatorio Astrofisico di torino
4) …TANTA PAZIENZA
Osservatorio Astronomico di torino
ELENCO DELLE APP
Abbiamo utilizzato le seguenti App:
- Open Camera (fotocamera)
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FINE QUARTA PARTE
Osservatorio Astrofisico di torino
“INTRODUZIONE ALLA
SMARTASTRONOMY”
Parte 5: RIDUZIONE DELLE IMMAGINI
ASTRONOMICHE
Alberto Cora(1)(2)
Luca Zangrilli(1)(2)
(1) Istituto
2
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Nazionale di Astrofisica
Oss. Astrofisico di Torino
(2) Società Astronomica Italiana
SOMMARIO
Osservatorio Astrofisico di torino
• POSTPRODUZIONE:
• Sottrazione del DARK
• Stacking
• Stiching
• Riduzione di immagine astronomiche (FITS files
Flat Field, Bias, Dark an Raw)
POSTPRODUZIONE
Osservatorio Astrofisico di torino
Mentre è possibile scattare istantanee di bella qualità della Luna con uno
Smartphone, è difficile prendere una buona immagine di oggetti deboli per i quali
necessitano lunghi tempi di esposizione.
Per evidenziare i dettagli, può essere utile un breve video o una raffica di scatti. Dopo di
ché si procede con una attività di post-produzione, finalizzata a migliorare l’immagine.
Gimp "GNU Image Manipulation Program” è simile a Adobe Photoshop per molti
aspetti, e può fare quasi tutto quello che serve alla riduzione di immagini
astronomiche. Essendo gratuito, è imbattibile per il prezzo.
la post-elaborazione astrofotografia può essere suddivisa in un ridotto numero di temi.
Sottrazione del Dark frame, Stacking (impilamento) e la regolazione immagini impilate,
sticking ovvero incollare immagini insieme per fare una immagine più grande (come ad
esempio la costruzione di una immagine lunare da segmenti più piccoli).
Gimp è molto utile per tutti questi, anche se per sovrapposizione automatica e la
registrazione di centinaia di immagini da fotocamere è meglio con un programma
dedicato come Registax.
SOTTRAZIONE DEL DARKFRAME
Osservatorio Astrofisico di torino
Con GIMP…
STACKING (impilamento)
Osservatorio Astrofisico di torino
Con GIMP…
STICKING (adesivo)
Osservatorio Astrofisico di torino
Con GIMP…
Riduzione di immagini astronomiche
Osservatorio Astronomico di torino
I FILE FITS: FLEXIBLE IMAGE TRANSPORT SYSTEM
Formato (non lossy) vecchio e utilizzato solo dagli astronomi, ma … professionale, nella
primary header contiene praticamente
tutte le informazioni per utilizzare astronomicamente l’immagine (NASA Science
Office of Standards and Technology)
Riduzione di immagini astronomiche
Osservatorio Astronomico di torino
Durante
un’osservazione al
CCD si riprendono vari
tipi di immagini
•Raw Frame :
Riduzione di immagini astronomiche
Osservatorio Astronomico di torino
Correzioni Adittive:
Rλ(x,y) - D(x,y) = Iλ(x,y)
Raw Frame
Dark Frame
-
Unscaled Frame
=
Riduzione di immagini astronomiche
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Correzioni Moltiplicativeive:
Raw Frame
Rλ(x,y) / F(x,y) = Iλ(x,y)
Flat Field
/
Image
=
Riduzione di immagini astronomiche
Osservatorio Astronomico di torino
(Rλ(x,y,t) - D(x,y,t) )
( F(x,y,t’) -D(x,y,t’))
Kλ(t) = Iλ(x,y,t)
M8 color image is a
composite obtained on 1 and
2 August 2008 through a
William Optics FLT110 4.3"
f/7 refractor with an SXV-H9
monochrome CCD
camera. 40 min of
luminance-filtered images
were combined with 20 min
of red-filtered images to
create the luminance
data. 20 min each of red,
green, and blue-filtered
images were added to create
the (LR)RGB color composite.
Kλ(t) = intensità media del flat field
Osservatorio Astronomico di torino
ELENCO DELLE APP
Abbiamo utilizzato le seguenti App/software :
- GIMP (fotocamera)
- Registax
- FitsViewer
2

FINE