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1 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Nuove strade e scopi della moderna astronomia Piero Rafanelli.

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Presentazione sul tema: "1 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Nuove strade e scopi della moderna astronomia Piero Rafanelli."— Transcript della presentazione:

1 1 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Nuove strade e scopi della moderna astronomia Piero Rafanelli

2 2 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Perché lo studio dell’astronomia? Il bello Il mistero

3 3 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Il sorgere e il tramontare quotidiano dei corpi celesti I movimenti rispetto alle stelle di sfondo del Sole, della Luna e dei pianeti L’invariabilità di alcune direzioni rispetto a riferimenti terrestri Le periodicità La misura del tempo I movimenti

4 4 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Il primo rivelatore: l’occhio Osservazioni ad occhio nudo dagli albori della civiltà umana e con i primi telescopi dall’epoca di Galileo Galilei (1610) In entrambi i casi l’occhio resta lo strumento usato per vedere le immagini e il disegno a mano il modo per registrarle

5 5 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Curva di risposta dell’occhio umano Diametro massimo della pupilla al buio circa 7 mm

6 6 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 I vantaggi della lastra fotografica Possibilità di lunghe esposizioni Sensibilità a intervalli spettrali non accessibili all’occhio umano (U,B,V,R,I) Possibilità di osservare un grande campo su un unico supporto Facile conservabilità nel tempo Alta risoluzione spaziale Un grosso svantaggio: la saturazione

7 7 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 La fotometria La galassia M33 fotografata al telescopio da 182 cm di Asiago

8 8 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 La spettroscopia Introdotta in astronomia nella seconda metà del 1800, segna l’inizio degli studi di fisica applicati ai corpi celesti. E’ un grande progresso: dall’Astronomia Sferica, di posizione, si passa alla moderna Astrofisica

9 9 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Nasce l’Astrofisica Classificazione spettrale Interpretazione del diagramma H-R Sorgenti di energia nelle stelle Basi dell’evoluzione stellare Scoperta dell’espansione dell’Universo e sua prima datazione Nascita della Cosmologia Le conquiste del connubio fra Fisica e Astronomia

10 10 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Classificazione spettrale

11 11 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Il diagramma H-R

12 12 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Sorgenti di energia nelle stelle (1) Ciclo PP Questo processo avviene nel nucleo delle stelle e l’energia liberata ad ogni ciclo è di 26,7 MeV = 4,27x10 -5 erg 3 He 4 He 2D2D

13 13 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Sorgenti di energia nelle stelle (2) Ciclo CNO Ricordiamo che l’energia per fondere 1g di ghiaccio = 80 cal 1 cal = 4.2x10 7 erg

14 14 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Evoluzione stellare Formazione delle nane bianche Stella a neutroni al centro della nebulosa del Granchio

15 15 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Nascita e morte Stella neonata con probabile pianeta, il primo mai “visto” Alla ricerca di nane bianche nell’ammasso globulare M4

16 16 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Edwin Hubble La scoperta dell’espansione dell’Universo Nascita della Cosmologia V = H 0 d H 0 = 20 km/s milioni di a.l.

17 17 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Il Quasar più lontano Ripreso con il telescopio giapponese Subaru, questo quasar ha redshift Z=5.5

18 18 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Subaru Deep Field Campo di galassie in cui si raggiunge la magnitudine 24.5

19 19 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Il quintetto di Stephan

20 20 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 I limiti delle osservazioni da Terra Trasparenza dell’atmosfera Seeing Inquinamento luminoso

21 21 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Le nuove strumentazioni da Terra e dallo spazio Sviluppo di nuove tecnologie

22 22 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Gli specchi dei grandi telescopi

23 23 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Da Galileo ai telescopi attuali Come e` migliorato il potere risolutivo dei telescopi ottici con lo sviluppo di nuove tecnologie e la scelta dei siti adatti

24 24 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 ESO Very Large Telescope (VLT) EUROPEAN SOUTHERN OBSERVATORY (ESO) Quattro telescopi con specchio primario di 8.2 m f/1.8 e secondario di 1.2 m

25 25 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Sito del VLT Cerro Paranal - Cile

26 26 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Le nuove tecnologie (1) OTTICA ATTIVA Correzione della deformazione o spostamento degli specchi primario e secondario dovuti alla gravità, flessione dei tubi ecc. Gli specchi appoggiano su sostegni che, attraverso una analisi computerizzata, imprimono la spinta necessaria a mantenerne ottimale la curvatura. Per poter effettuare queste correzioni si è sviluppata la tecnologia degli specchi molto sottili

27 27 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Le nuove tecnologie (2) OTTICA ADATTIVA La radiazione luminosa (fronte d’onda) proveniente dagli astri viene distorta dalla turbolenza atmosferica e l’immagine risulta confusa Con l’uso di specchi flessibili e controlli sofisticati è possibile aumentare la risoluzione correggendo il fronte d’onda e annullando l’effetto atmosferico come se si osservasse dallo spazio, ma con costi nettamente inferiori!

28 28 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Ottica adattiva

29 29 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Interferometria con il VLT

30 30 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Interferometria Le differenze nel percorso ottico del fascio che raggiunge i diversi telescopi vanno corrette con le linee di ritardo e sincronizzate su un unico ricevitore

31 31 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Interferometria - risultati

32 32 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 La radioastronomia

33 33 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Il futuro dei telescopi ottici da Terra

34 34 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 California Extremely Large Telescope (CELT) Progetto con specchio di 30 m costituito da 1080 segmenti di 1 m ciascuno Previsto per il 2010

35 35 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 OverWhelmingly Large (OWL) Previsti 100 m di diametro, caratteristiche ancora allo studio 10 volte l’area di raccolta di tutti i telescopi mai costruiti (!) Magnitudine limite V=38

36 36 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Quale progresso?

37 37 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Il telescopio spaziale Hubble (HST) Lanciato nel 1990 Collaborazione NASA-ESA 2.4 m di diametro Orbita quasi circolare a 600 km Privo di disturbi atmosferici Risoluzione 0.1 arcsec

38 38 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Galassie ESO 510-G13 M 51 NGC 1409 e 1410 HST

39 39 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Stelle e nebulose Onda d’urto attorno a LL OrionisStelle simbiotiche Pistol nebula con la stella forse più massiccia mai vista

40 40 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Pianeti Aurora su Saturno Impatti su Giove dei frammenti della cometa S/L 9 nel 1994

41 41 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Alte energie Galassia attiva Centaurus A con buco nero Gamma Ray Burst

42 42 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Ricerca di pianeti extrasolari

43 43 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Il futuro nello spazio Progetto per un telescopio da 6/8 m da porre in orbita nel punto Lagrangiano L2 dell’orbita terrestre. Sarà dedicato a James Webb, secondo amministratore della NASA e responsabile delle missioni Apollo

44 44 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Le altre lunghezze d’onda: IR, X, gamma

45 45 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Tutti i colori della Via Lattea

46 46 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 IRAS Lanciato nel 1986, ha osservato più del 96% del cielo in quattro bande infrarosse centrate su 12, 25, 60 e 100 micron Costellazione del Camaleonte nell’emisfero sud, dominata dall’emissione delle polveri riscaldate dalla radiazione interstellare

47 47 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 ISO Satellite per l’infrarosso dell’ESA. Lanciato nel 1995 Camera range 2,5-17 micron SWS range 2,4 - 45,0 micron LWS range micron

48 48 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Missioni X presenti e future Precise Spectroscopy Fe line reverberation Soft X-ray cutoffs  arcsec imaging

49 49 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Confronto missioni X

50 50 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Chandra NGC 6240 Satellite X della NASA Scoperta di due buchi neri nel nucleo di due galassie attive interagenti Immagine ottica (HST) Schema delle ottiche per raggi X

51 51 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 INTEGRAL Satellite per raggi gamma dell’ESA, lanciato nel 2002 Prime immagini Cygnus X-1

52 52 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Alcuni problemi scottanti Nascita delle stelle Formazione ed evoluzione delle galassie (massa oscura, AGN) Radiazione di fondo e origini dell’Universo

53 53 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Big Bang e radiazione di fondo Nei primi istanti dopo il Big Bang, la temperatura dell'Universo era stata talmente elevata da impedire la formazione di nuclei atomici stabili: i fotoni avevano un'energia media così alta da distruggere ogni possibile legame stabile fra le particelle. L'espansione dell'Universo, però, aveva portato via via a un graduale abbassamento della temperatura, fino al punto in cui l'energia dei fotoni non fu più tale da impedire la formazione di nuclei stabili, anche se era ancora sufficientemente elevata da ostacolare la formazione dei primi elementi, impedendo il legame fra gli elettroni e i protoni. Il graduale raffreddamento dell'Universo, fino a una temperatura inferiore ai 4000 gradi sopra lo zero assoluto, aveva segnato la transizione da un'era "dominata dalla radiazione", in cui la maggior parte dell'energia era sotto forma di radiazione, a un'era "dominata dalla materia", in cui la maggior parte dell'energia era, ed è tuttora, intrappolata nella massa. A questo punto l'accoppiamento termico si era rotto e le "storie" della radiazione e della materia avevano preso due vie distinte: in altre parole, radiazione e materia si erano disaccoppiate. L'Universo era diventato trasparente alla radiazione, cosicché i fotoni avevano iniziato a viaggiare indisturbati attraverso distanze sempre maggiori, mentre il processo di aggregazione della materia per collasso gravitazionale, non più ostacolato dall'effetto "viscoso" dovuto all'interazione con la radiazione, aveva portato pian piano alla formazione delle prime masse, e quindi delle prime stelle.

54 54 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Spettro della radiazione di fondo Nel 1948 Ralph Alpher e Robert Herman, sulla base della teoria da loro sviluppata, previdero l'esistenza di un fondo di radiazione, risalente all'epoca del disaccoppiamento tra materia e radiazione. Secondo i loro calcoli, tale radiazione,ormai rarefatta e raffreddata a causa dell'espansione dell'Universo, aveva una temperatura non superiore ai 5 gradi Kelvin, e doveva essere, in qualche modo, osservabile. Arriviamo al 1964, anno in cui, Arno Penzias e Robert Wilson, per conto del "Bell Telephone Laboratory", utilizzano un'antenna a corno del diametro di 6 metri, allo scopo di misurare l'intensità delle onde radio provenienti dalla Via Lattea.

55 55 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002 Fluttuazioni della radiazione di fondo scoperte dal satellite COBE Esistenza di piccolissime disomogeneità nella densità iniziale della materia e dell'energia presenti nell'Universo, responsabili della successiva formazione, per effetto della forza gravitazionale, dei super- ammassi e ammassi di galassie, che noi oggi osserviamo.


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