Quanto e’ stellata la notte?
Gli studenti misurano
la brillanza del cielo
Prof. Roberto Nesci, Universita’ La Sapienza
Prof. Aldo Altamore, Universita’ RomaTre
Dr. Ilaria De Angelis, Universita’ RomaTre
Con la collaborazione di:
Museo del Bali’, Saltara (PU) (coordinamento scuole delle Marche)
Prof. Antonio Princi, Roma
(coordinamento scuole di Roma)
dott. Giuseppe Cirimele
(realizzazione database web)
Obiettivi dell’esperienza
1. Familiarizzare gli studenti col cielo tramite
attivita’ pratiche;
2. Far partecipare gli studenti ad una VERA
attivita’ di rilevamento di dati scientifici;
3. Favorire contatti tra studenti di scuole
diverse;
4. Sensibilizzare gli studenti agli argomenti
della migliore illuminazione e del risparmio
energetico.
Storia del progetto
Il progetto e’ iniziato nell’anno scolastico 2008/09, in
concomitanza con l’Anno Internazionale
dell’Astronomia.
In quell’anno ha coinvolto 11 licei e 2 scuole medie del
Lazio. Gli osservatori effettivi sono stati 102, con 560
osservazioni.
L’anno successivo, 2009/10, si sono iscritte 10 scuole
medie della Provincia di Latina e un Liceo di Roma.
Di fatto hanno partecipato solo 3 scuole, con 24
osservatori effettivi, per un totale di 78 osservazioni.
Anno scolastico 2010/11
hanno partecipato al progetto 18 scuole:
12 nella zona di Roma (Lazio)
6 nella zona di Pesaro-Urbino (Marche).
I ragazzi iscritti sono stati
Osservatori effettivi
180
97
Sono stati raccolti piu’ di 1100 dati
Elenco scuole
scuola
citta'
regione
iscritti
osservatori
dati
Astrofili Urbino
Urbino
Marche
10
3
202
I.C. G. Padalino
Fano
Marche
7
4
14
I.C. Marco Polo
Pesaro
Marche
15
12
160
IC "Gio' Pomodoro"
Orciano
Marche
5
1
5
ICS E Mattei
Acqualagna
Marche
5
1
2
LEOPARDI
Saltara
Marche
27
17
140
ITAER De Pinedo
Roma
Lazio
11
4
179
L.C. G.CESARE
Roma
Lazio
10
1
2
VITTORIO GASMANN
Roma
Lazio
5
1
3
L.C. SOCRATE
Roma
Lazio
14
11
192
L.C.CAVOUR
Roma
Lazio
6
4
49
L.S. A. LABRIOLA
Ostia
Lazio
10
9
55
L.S. Cannizzaro
Roma
Lazio
2
1
6
L.S. LEVI
Roma
Lazio
20
11
48
L.S. Pasteur
Roma
Lazio
1
0
0
L.S. PEANO
Roma
Lazio
14
3
44
Qualche dato statistico
Istogramma del numero di
osservazioni per studente
Valore medio
12
Istogramma delle magnitudini
osservate:
media migliori osservazioni 4.6
Media totale dati
3.6
Qualche commento didattico
Nonostante la procedura per la registrazione fosse stata semplificata, e
nonstante diversi richiami, si sono avuti numerosi casi (13/111) di
studenti che hanno compiuto osservazioni ma non hanno indicato la
loro posizione geografica (Longitudine e Latitudine), rendendo
inutilizzabili i loro dati.
In 12/1150 casi la altezza sull’orizzonte della stella osservata e’ stata
riportata come superiore a 90 gradi !
In 170 casi l’altezza riportata della stella era largamente impossibile.
In molti casi l’altezza era comunque evidentemente errata, anche se non
impossibile, data l’ora e la data di osservazione.
Sono state riportate alcune osservazioni di stelle basse sull’orizzonte,
anche se era esplicitamente richiesto di non fare osservazioni sotto I 30
gradi.
Ne deduco che c’e’ nell’insegnamento della geometria qualche problema
strutturale che rende difficile ai ragazzi fare un uso pratico delle nozioni
riguardanti gli angoli.
Posizioni osservatori
Osservatori nelle Marche
Zona di Fano
Zona di Saltara
Zona di Urbino
Inquinamento luminoso in Italia
Da Cinzano 2001
Il colore indica la
magnitudine delle
stelle piu’ deboli
visibili
Rosso
Arancio
Giallo
Verde
Blu
Nero
4.50
5.00
5.25
5.50
5.75
6.00
Confronto con
DeGraeve et al. 1972
Asiago 17-08-2011
Quanto e' stellata la notte?
15
Le Marche in dettaglio
Visibilita’ delle stelle ad occhio nudo (Cinzano 2001)
legenda
>6.0 nero
5.75-6.0 grigio
5.5-5.75 blu scuro
5.25-5.5 blue chiaro
5.0-5.25 azzurro
4.75-5.0 giallo
4.5-4.75 giallo oro
4.25-4.5 arancione
4.0-4.25 arancione scuro
3.75-4.0 rosso
<3.75 violetto
Come confrontare i nostri dati
con la mappa di Cinzano?
La mappa di Cinzano e’ calcolata in base a due elementi:
1. la luce emessa verso l’alto e vista dai satelliti DMSP (Defense
Meteorological Satellite Program) dell’Aeronautica Militare degli Stati
Uniti;
2. un modello di diffusione della luce nell’atmosfera terrestre.
La risoluzione della mappa e’ di circa 5 km, quindi per un confronto
bisogna mediare i dati del nostro campionamento su aree di
dimensioni confrontabili.
La visibilita’ delle stelle ad occhio nudo dipende da molti fattori:
1. Esperienza dell’osservatore
2. Adattamento al buio
3. Eta’ dell’osservatore
4. Altezza delle stelle sull’orizzonte
5. Trasparenza dell’atmosfera
6. Luminosita’ del cielo
Tecnica utilizzata
Per ottenere un valore ragionevole delle visibilita’ delle stelle,
partendo da un insieme di dati di osservatori non esperti, ho
deciso di:
1.
2.
3.
4.
prendere per ciascun osservatore il dato migliore;
definire aree geografiche omogenee;
calcolare la mediana dei dati in ciascuna area geografica;
calcolare la deviazione standard dei dati come indice della
dispersione dei dati nell’area.
I calcoli sono stati fatti utilizzando un foglio di calcolo elettronico
Tabella Marche
Zona
Oss
Mag
Cinzano
Mag
Fano
10
3.5
arancione
4.25-4.50
Saltara
7
5.5
Giallo oro
4.50-4.75
Calcinelli
9
5.7
Giallo oro
4.50-4.75
Frontone
3
5.8
Blu chiaro
5.25-5.75
Orciano
1
2.1
azzurro
5.00-5.25
Tavullia
1
5.5
giallo
4.75-5.00
Urbino
7
6.0
giallo
4.75-5.00
Lucrezia
10
5.7
Giallo oro
4.50-4.75
Confronto con Cinzano
Il punto discrepante e’ quello di
Fano, che peraltro ha 10
osservatori.
La retta di fit e’ forzata a passare
per l’origine, la pendenza e’
nettamente minore di 1, indice
che la visibilita’ delle stelle e’
migliore del valore aspettato.
Si conferma che la visibilita’ delle stelle dipende dalle condizioni locali,
non valutabili sulla scala del satellite
I dati del Lazio
Distribuzione degli osservatori nel Lazio
Zona Ostia
media
Zona Roma Colombo
media
Zona Roma Centro
Zona Roma Sud
Mappa Lazio
Visibilita’ aspettata delle stelle nel Lazio
Colore
magnitudine
Rosso
Marron
Arancio
Giallo scuro
Giallo oro
Blu chiaro
Blu medio
Blu scuro
4.00-3.75
4.25-4.00
4.50-4.25
4.75-4.50
5.00-4.75
5.25-5.00
5.50-5.25
5.75-5.50
Confronto dati-aspettative
zona
n
ostia
4
colombo 5
romaest
6
romacc 12
best mdn
4.41 4.34
5.77 3.88
6.04 4.65
5.04 3.52
med
4.15
4.18
4.79
3.00
disp
0.37
0.80
0.81
1.42
aspettato
4.25-4.50
4.25-4.50
4.50-4.75
3.75-4.25
Statistica generale
zona
best_lazio
best_roma
best_ostia
best_colombo
best_romaest
best_romacc
n
44
34
4
5
6
12
best
6.04
6.04
4.41
5.77
6.04
5.04
mdn
5.04
3.88
4.34
3.88
4.65
3.52
med sigma
4.00 1.21
3.90 1.30
4.15 0.37
4.18 0.80
4.79 0.81
3.00 1.42
best_marche
50
best_fano
7
best_marche_ovest 6
best_marche_sud 3
best_saltara
23
6.04
6.00
6.04
5.85
6.04
5.74
4.34
6.04
5.85
5.59
5.20
4.39
5.77
5.07
5.31
0.92
1.28
0.60
1.10
0.61
Valori per ambiente
Ambiente
Urbano
Periferia
Campagna
media dev.st
4.21 1.36
4.91 0.95
5.84 0.18
Confronto su anni successivi
Per la zona di Roma sono disponibili dati su tutti e tre gli anni, anche
se con valore statistico diverso. Sono raccolti nella tabella seguente:
Anno
Nord
Est
Centro
Ovest
Sud
Ostia
2009
3.68
Osserv. 4
3.68
7
4.42
9
3.96
7
4.00
8
4.31
3
2010
3.88
Osserv. 1
3.60
2
5.38
4
-----
5.41
3
3.60
2
2011
----Osserv.
4.65
6
3.52
12
-----
3.88
5
4.34
4
Cosa si vede in media?
Istogramma magnitudini
osservate da tutti gli studenti
nel 2009
Istogramma magnitudini osservate
da tutti gli studenti nel 2010
Istogramma magnitudini
osservate da tutti gli studenti
nel 2011
Quanto hanno osservato?
Osservazioni per studente
nel 2009; media 5.3
Da 1 a 51
Osservazioni per studente
nel 2011; media 12.0
Da 1 a 156
Un confronto strumentale
lo Sky Quality Meter
Lo Sky Quality Meter (SQM) e’ un semplice strumento che misura la
brillanza del fondo cielo con un sensore CCD: in pratica e’ un
esposimetro per bassi livelli di luminosita’.
Uno SQM e’ operativo in maniera continuativa sul tetto del
Dipartimento di Fisica della Universita’ La Sapienza dal 2010. Lo
strumento e’ accessibile pubblicamente al sito
astrowww.phys.uniroma1.it/sqm/.
La seguente tabella, calcolata dai
fabbricanti dello SQM, permette un
confronto tra la visibilita’ delle stelle
ad occhio nudo e la brillanza del
cielo.
MAG
1
2
3
4
5
6
N. stelle
5
22
82
250
800
2500
brillanza cielo
14.9
15.9
17.0
18.0
19.0
20.1
I dati dell’SQM di Roma
Grafico della brillanza del cielo in una notte nuvolosa e in una notte
serena. Le nuvole riflettono la luce dispersa verso l’alto dalla
illuminazione stradale e producono una brillanza del cielo molto
maggiore di quella prodotta dall’atmosfera pulita in assenza di nubi.
Lo SQM e’ quindi un ottimo misuratore della copertura nuvolosa
notturna di una citta’.
Asiago 17-08-2011
Quanto e' stellata la notte?
34
Statistica SQM Roma 2010/11
Dispersione dei dati
rispetto ad un andamento
lineare nella notte. Le notti
serene hanno dispersione
minore.
Brillanza media del cielo nelle
notti nell’anno 2010/11. Nelle notti
piu’ trasparenti si raggiunge
la 18-ma mag/arcsec2.
Le notti serene sono circa un terzo
(115/365)
Asiago 17-08-2011
Quanto e' stellata la notte?
35
Confronto visuale-SQM
In condizioni di cielo sereno, la brillanza del cielo al centro di Roma
e’ di 18.0 mag/arcsec^2.
Dalla tabella suddetta verrebbe una magnitudine limite di circa 4,
in sostanziale accordo con la mappa di Cinzano.
Roma centro
anni
2009 2010 2011
Studenti 4.42 5.38 3.52
SQM
4.00
Cinzano
3.75--4.25
Conclusioni
Risultati principali:
1.
Accordo della mappa del progetto con la mappa di Cinzano per
quanto riguarda l’andamento generale.
2.
Differenze sensibili nei valori numerici di magnitudine limite
rispetto alle aspettative.
3.
Forti dispersioni dei dati tra diversi osservatori anche a breve
distanza geografica.
4.
Bassa visibilita’ delle stelle al centro di una citta’ anche piccola
(Fano, Anagni), confrontabile con quella all’interno di Roma.
5.
Visibilita’ migliore del previsto nelle localita’ di campagna.
6.
Buona affidabilita’ dello strumento SQM per monitorare la
copertura nuvolosa e variazioni a lungo termine della
trasparenza del cielo.
