Incontro 7 dic 2016 Astrometria Classe 4F – Osservatorio Sormano

Osservatorio Astronomico Sormano
Francesco Manca
Osservatorio Astronomico di Sormano IAU code 587
Osservatorio Astronomico Sormano
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… molti secoli più tardi la questione della centralità della
Terra viene posta in discussione. Le nuove osservazioni dei
pianeti come ad esempio Marte e Giove avevano uno
“strano comportamento”, muovendosi da est a ovest nella
sfera celeste non in linea con il sistema Tolemaico.
Nicolò Copernico (1473-1543) con rigore matematico enunciò
nel suo trattato “De revolutionibus orbium coelestium” le
posizioni dei pianeti tra cui la Terra avendo come riferimento il
Sole al centro, risolvendo le “stranezze”osservative dovute al
precedente sistema. Da notare che le orbite furono mantenute
perfettamente circolari perché erano figure geometriche
perfette ma forse anche per non scontrarsi con il pensiero della
Chiesa che voleva la Terra al centro dell’universo.
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Moto retrogrado nel sistema Copernicano
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Per avere un corretto riscontro tra calcolo matematico e osservazioni
dobbiamo attendere la pubblicazione di “Astronomia Nova” nel 1609 da
parte di Johannes Kepler (1571-1630) nel quale si enunciavano le prime
due leggi che regolano il moto dei pianeti (la terza legge sul moto verrà
pubblicata successivamente: il tempo impiegato a compiere un’orbita
aumenta con l’aumentare della distanza dal Sole).
- le orbite che i pianeti
descrivono sono delle ellissi e il
Sole occupa uno dei fuochi
- le aree descritte dai vettori
Sole-pianeta sono proporzionali
al tempo impiegato a percorrerle.
f1
f2
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Galileo Galilei (1564-1642), astronomo e fisico, migliora il cannocchiale
inventato in Olanda.
Fa appositamente costruire delle lenti da un ottico a Firenze che utilizza
per osservare le fasi della Luna e di Venere. Nel 1610 scopre i satelliti
maggiori di Giove (Io, Europa, Ganimede e Callisto), concludendo che
essi orbitano attorno al grande pianeta. Dedicati inizialmente da Galileo
in onore alla famiglia Medici di Firenze, sono oggi riconosciuti da tutti
come i satelliti galileiani. Queste sue osservazioni sono utilizzate per
confermare ulteriormente la teoria copernicana.
Nel 1610 pubblica i suoi studi e osservazioni nel “ Sidereus Nuncius “
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Il primo principio
"Un corpo mantiene il proprio stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, finché una
forza non agisce su di esso".
Il secondo principio
"L'accelerazione di un corpo è direttamente proporzionale e nella stessa direzione della
forza che agisce su di esso, mentre invece è inversamente proporzionale alla sua
massa". F= m a
Il terzo principio
"Per ogni forza che un corpo A esercita su di un altro corpo B, ne esiste istantaneamente
un'altra uguale in modulo e direzione, ma opposta in verso, causata dal corpo B che
agisce sul corpo A"
Isaac Newton, nel 1687 pubblicò i suoi studi in cui descriveva
la natura di quella forza invisibile chiamata FORZA di
GRAVITA’ a cui sono soggetti tutti i corpi planetari.
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Quale e’ lo scopo di conoscere la posizione
nello spazio e nel tempo di un oggetto?
-Studiarne il suo moto:
moto proprio dell’oggetto
moto apparente rispetto al piano di riferimento
La determinazione della posizione e dei moti propri è
conosciuta come
ASTROMETRIA
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Dopo la scoperta del primo asteroide (Cerere) avvenuta il 1 Gennaio 1801 ci si è posto il
problema di come fare per osservarlo nei mesi e negli anni successivi. Non era un
problema di poco conto, infatti, Cerere era stato scoperto e osservato dall’Abate Piazzi,
solo per pochi giorni, un arco troppo breve per quei tempi, per poter tentare di costruire il
suo percorso intorno al Sole.
Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855), un abile
matematico, ha risolto il problema utilizzando una sua teoria
e, con questa ha fornito le posizioni future. Il loro utilizzo ha
permesso di ritrovare Cerere il 31 Dicembre 1801. Il metodo
di Gauss, con molti miglioramenti, è tuttora usato per
calcolare una orbita (percorso intorno al Sole) partendo da
tre misure di posizione.
?!!
P3
P2
P1
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Cerere è il primo asteroide catalogato (00001) e il più grande finora conosciuto e orbita nella
fascia principale. Scoperto il 1 Gennaio 1801 dall’Abate Piazzi all’Osservatorio di Palermo, le
sue dimensioni sono di circa 950 Km in diametro.
Cerere ripreso all’Oss di Sormano
Courtesy JPL
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In un sistema di coordinate astronomiche NON ci poniamo
(…solo in un primo tempo….) il problema “a quale distanza”
si trova l’oggetto che si sta osservando. Essi sono collocati
alla “medesima distanza” su una ipotetica sfera celeste.
Tra questi modelli di coordinate astronomiche si considera:
- Coordinate Alt-azimutali
- Coordinate Equatoriali
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Alt-azimutale
Equatoriale
…i due assi az ed el si muovono di
continuo per compensare il movimento
della Terra.e lo strumento al fuoco deve
ruotare per compensare la rotazione della
Terra Usato sui grandi telescopi
professionali (VLT, LBT, E-ELT)., l’asse
principale risulta essere parallelo al piano
della superficie terrestre
…è il sistema più usato in particolare per
l’astrofotografia e anche il più semplice
dal punto di vista dei sistemi di controllo,
L’asse di ar è inclinato secondo la
latitudine del luogo e punta al Polo Nord
celeste. La declinazione una volta
posizionata non ncessita d1 modifiche.
Non serve il rotatore di campo al fuoco
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Near Earth Asteroid
2016 RB1
OSSERVATO IL 6 Settembre 2016
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D=?
Posizione di una
singola notte
osservativa
Per un asteroide di nuova scoperta e con una singola notte osservativa,
la distanza dall’Osservatore non è correttamente valutata di
conseguenza i possibili percorsi sono molteplici.
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Osservazione N° 1
Posizione Astrometrica
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Osservazione N° 2
Posizione Astrometrica
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Osservazione N° 3
Posizione Astrometrica
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P= perielio,
minima distanza
dal Sole
Posizioni Astrometriche
A
A= afelio,
massima
distanza dal Sole
a
a= semiasse
maggiore
e= eccentricità
se e= 0 l’orbita è
circolare
P
Con tre posizioni astrometriche è possibile calcolare una prima orbita
preliminare. In realtà le orbite possibili sono più di una e solo
continuando ad osservare il pianetino è possibile scartare i percorsi
errati per arrivare alla vera orbita.
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L'orbita di un Astro è caratterizzata da sei parametri o elementi. Cinque
sono statici e determinano la Forma e l'Orientamento dell'orbita, uno è
dinamico e determina
la Posizione dell'Astro
lungo l'orbita in ogni istante.
Possibili percorsi orbitali sulla base di una singola notte osservativa
dove la distanza dall’Osservatore non è ben determinata.
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La posizione dell’oggetto è basata su un sistema di rifermento
Sulla Terra ci si riferisce alle coordinate geografiche (lat/long)
Il sistema di riferimento celeste adottato dalla IAU si basa su
ICRS International Celestial Reference System
In astrometria la posizione di un Pianeta/Asteroide/Cometa è
ottenuta usando le Stelle come riferimento. Ad oggi, esistono
cataloghi stellari con milioni di Stelle realizzati con l'utilizzo
di satelliti artificiali che hanno permesso di ottenere
misurazioni molto precise delle posizioni delle Stelle. Uno dei
più recenti è quello basato sulle misure del satellite 'Hipparcos'
dal nome del grande scienzato greco che aveva registrato la
posizione di tutte le stelle a lui visibili.
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GSC 1.2 (Guide Star Catalog version 1.2):
Status: Effectively superseded by GSC 2.2, USNO, UCAC
Caveats: No proper motions
The Hubble Guide Star Catalog version 1.2 contains positions for 19
million stars down to 16th magnitude
USNO A2.0 Catalog:
Status: Superseded by USNO B1.0, UCAC
Caveats: No proper motions
USNO-A2.0 contains entries for 526,230,881 stars
UCAC vers 4 Catalog ---now in use--UCAC4 does not use any Schmidt plate data. Proper motions of
faint stars north of Dec = -20 deg are now based on NPM data.
Besides 2MASS near-IR photometry (as in previous releases)
UCAC4 now includes APASS 5-band photometry.
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Data Giuliana – Julian Date (JD)
I giorni sono contati uno dopo l'altro iniziando da una data
molto indietro nel tempo (1°gennaio 4713 a.C.). Questo
particolare calendario assume
che il giorno inizia a
mezzogiorno in modo che la notte appartenga tutta allo stesso
giorno……..è indipendente dai calendari
T0= ore 12 (tempo di Greenwich)
Spacewatch II -291-
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Linear -704Catalina -703-
Loneos -699-
F51 Pan-STARRS
Neat/Mssss -608-
Mt. Palomar/Neat -644Attualmente in discussione
la possibilità di posizionare
un telescopio per la ricerca
dei NEAs.
Eseguire una ricerca a “caccia” di asteroidi, equivale a
riprendere zone del cielo con camera CCD. Sono
necessari 3 o più passaggi nella stessa zona al fine di
evidenziare eventuali spostamenti di oggetti rispetto alle
stelle di campo che rimangono fisse. Con 3 pose
opportunamente shiftate si possono evidenziare “falsi”
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Individuato un oggetto in movimento nelle immagini possiamo
calcolare la posizione apparente rispetto alle stelle presenti nel
campo e per le quali disponiamo delle misure nei cataloghi stellari.
Stella 6
Stella 1
Stella 5
Posizione
astrometrica in
Ascensione retta e
Declinazione
Stella 2
Stella 3
Stella 4
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Terra
Se si è in presenza di un asteroide NEA (Near Earth Asteroids)
abbiamo l’aggravante della possibile intersezione con l’orbita della
Terra e quindi un possibile avvicinamento ad essa. In questo caso il
pianetino prende il nome di PHA (Potential Hazardous Asteroid)
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Come riconosciamo un “Asteroide potenzialmente pericoloso?
Ci viene in aiuto la geometria
o per meglio dire la
Trigonometria sferica
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Il MOID è uno dei due parametri riconosciuti per identificare un asteroide PHA
(Potential Hazardous Asteroid). L'altro parametro da considerare è la
cosidetta magnitudine assoluta H che ci da una indicazione sulle dimensioni.
Quando un pianetino presenta un MOID inferiore o uguale a 0.05 UA (calcolato
rispetto ai parametri orbitali),circa 7.5 milioni di Km e un valore di H
minore di 22.0 (diametri maggiori di 110-240 mt) siamo in presenza di un
ipotetico oggetto a rischio per la Terra.
Uno degli obiettivi primari nella ricerca di asteroidi PHA (Potential Hazardous
Asteroids) è la scoperta di tutti gli oggetti di 1 Km di diametro. Questa è la
minima dimensione per cui una collisione con la Terra provocherebbe
conseguenze su scala planetaria.
Tra gli asteroidi conosciuti che hanno avvicinamenti importanti alla Terra si
vuole ricordare :
1999 AN10 (~ 1 Km di diametro) con un minimo avvicinamento pari a 388.960
Km il 7 Agosto 2027
2001 WN5 (~ 1 Km di diametro) con un minimo avvicinamento pari a
249.828 Km il 26 Giugno 2028
(35396) 1997 XF11 (~ 1.5 Km di diametro) con un minimo avvicinamento
pari a 930.349 Km il 26 Ottobre 2028
Distanza Terra - Luna 384.400 Km
…….e nel 1994 abbiamo avuto le prove oggettive che le collisioni
tra i corpi minori del Sistema Solare e i pianeti potevano accadere.
La cometa SL9 fu attratta e spezzata da Giove. Infine i frammenti,
dalle dimensioni anche di 1-2 km di diametro,si schiantarono sul
grande pianeta.
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… Luglio 2009, viene registrato un nuovo impatto su Giove
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Negli ultimi anni l'attenzione si anche concentrata sulla ricerca e il follow-up
di asteroidi di piccole dimensioni (H>22.0). Questi pianetini non vengono
considerati dal Minor Planet Center dei PHA cioè Asteroidi potenzialmente
pericolosi ma il danno che provocherebbero a livello locale nel caso di un
ipotetico impatto sarebbe comunque devastante.
Si vuole ricordare che la devastazione di circa 2000Kmq di foresta e della taiga
Siberiana a Tunguska nel 1908, è stato stimato sia stata provocata da un
oggetto (cometa o asteroide) di circa 50 mt di diametro.
Purtroppo questi asteroidi vengono scoperti il più delle volte quando sono
vicini alla Terra poichè si rendono più visibili proprio in funzione delle loro
piccole dimensioni. Alcune volte sono stati scoperti dopo il loro minimo
passaggio con il nostro pianeta. Si rende quindi sempre più necessaria una
ricerca mirata a questi oggetti con strumentazioni adeguate e il loro
monitoraggio, in particolare durante i brevi periodi di visibilità per calcolare il
più accuratamente possibile la loro orbita e prevederne le future traiettorie.
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Asteroide
Nel caso dei Near Earth Asteroids può accadere che una
delle orbite teoriche calcolate per i futuri passaggi ,
posizioni l’asteroide nelle immediate vicinanze della Terra.
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Di solito per un asteroide di nuova scoperta l’orbita è
basata su un set di osservazioni non sufficiente a calcolare
con precisione la distanza dalla Terra.
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Uno dei problemi fondamentali è quindi determinare la
vera distanza sempre che l’orbita in oggetto sia reale. Si
rende quindi necessario in questi casi l’inseguimento
continuo di questi asteroidi.
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AREA di INCERTEZZA sulla posizione calcolata
Se l’area di incertezza sulla possibile posizione calcolata per
l’asteroide comprende anche la Terra, siamo in presenza di un Virtual
Impactor (VI).
Le posizioni astrometriche eseguite durante il follow-up ci
permettono quindi di migliorare l’orbita e di ridimensionare l’area di
incertezza (sempre che l’avvicinamento venga confermato)
verificando la vera pericolosità del NEA.
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Le posizioni astrometriche eseguite durante il follow-up ci
permettono quindi di migliorare l’orbita e di ridimensionare l’area di
incertezza (sempre che l’avvicinamento venga confermato)
verificando la vera pericolosità del NEA.
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La Scala di Torino, così chiamata perché presentata a Torino nel 1999 durante il
Meeting internazionale “Impact” dal Dott. Binzel ( MIT ), è usata per segnalare ai
mass-media il grado di pericolosità dei VI (come la scala Richter per i terremoti).
Viene anche utilizzata una seconda scala ma cura gli aspetti tecnici ed è stata
denominata “scala di Palermo” .
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E' importante sottolineare che presso alcuni Osservatori Astronomici viene
eseguita la spettroscopia di asteroidi e comete. Questo lavoro è molto importante
per comprendere la composizione chimica dell'oggetto che si sta studiando anche
in previsione di una azione di deflessione dello stesso.
Statistica basata sulla spettroscopia di 300 NEA
Fonte: Asteroids III - 2003
C: Silicati Idratati, Carbonio Basso Albedo (riflettività)
Q: Olivina, Pyroxene, Metalli Albedo moderatamente Alto
S: Roccioso Metalli, +/- Pyroxene, +/- Olivina
Albedo Moderato
Da alcuni anni vengono utilizzati i radiotelescopi di Goldstone ed
Arecibo per osservare gli Asteroidi, La tecnica Radar permette di
ottenere misure molto precise sulla distanza, posizione, tempi di
rotazione e forma. E’ però possibile utilizzarli solo per i pianetini
che si trovano vicini al nostro pianeta. Gli Osservatori ottici
posizionati a terra vengono chiamati a collaborare per ottenere
accurate misure astrometriche tali da avere un preciso percorso
orbitale e puntare con la minima incertezza le antenne.
Ricostruzione grafica sulla base di dati radar dell’asteroide Toutatis
Courtesy JPL-NASA
Codice MPC: 587
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NEA -PHA
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e galleria di immagini
http://www.brera.mi.astro.it/sormano
Osservatorio Astronomico di Sormano (configurazione base)
Neo Confirmation
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Internet
DOU
Calcolo avvicinamenti alla Terra
E' possibile consultare nella pagina web dell'Osservatorio di Sormano:
http://www.brera.mi.astro.it/sormano
la lista con gli avvicinamenti reali alla Terra da parte di asteroidi PHA (Potential
Hazardous Asteroids) secondo i criteri di priorità descritti nella stessa. Per ogni
asteroide presente viene inoltre calcolato il parametro MOID usato come filtro
per evidenziarne la soglia di attenzione.
Questo "progetto" iniziato nel 1998 è stato fatto seguire dalla lista di avvicinamenti
da parte asteroidi con dimensioni minori ai 200 mt di diametro (H>22.0) non considerati
PHA ma sostanzialmente molto pericolosi a livello locale (vedi il caso Tunguska del 1908).
Successivamente sono state calcolate le minime distanze rispetto ai pianeti interni
del Sistema Solare.
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http://www.brera.mi.astro.it/sormano