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 Familiarizzare gli studenti col cielo tramite attivita’ pratiche; Far partecipare gli studenti ad una VERA attivita’ di rilevamento di dati scientifici; Favorire contatti tra studenti di scuole diverse; 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 180 Osservatori effettivi 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 7 4 14 I.C. Marco Polo Pesaro 15 12 160 IC "Gio' Pomodoro" Orciano 5 1 ICS E Mattei Acqualagna 2 LEOPARDI Saltara 27 17 140 ITAER De Pinedo Roma Lazio 11 179 L.C. G.CESARE VITTORIO GASMANN L.C. SOCRATE 192 L.C.CAVOUR 6 49 L.S. A. LABRIOLA Ostia 9 55 L.S. Cannizzaro L.S. LEVI 20 48 L.S. Pasteur L.S. PEANO 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 4.50 Arancio 5.00 Giallo 5.25 Verde 5.50 Blu 5.75 Nero 6.00

Confronto con DeGraeve et al. 1972 Asiago 17-08-2011 Quanto e' stellata la notte?

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: la luce emessa verso l’alto e vista dai satelliti DMSP (Defense Meteorological Satellite Program) dell’Aeronautica Militare degli Stati Uniti; 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: Esperienza dell’osservatore Adattamento al buio Eta’ dell’osservatore Altezza delle stelle sull’orizzonte Trasparenza dell’atmosfera 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: 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 Fano 10 3.5 arancione 4.25-4.50 Saltara 7 5.5 Giallo oro 4.50-4.75 Calcinelli 9 5.7 Frontone 3 5.8 Blu chiaro 5.25-5.75 Orciano 1 2.1 azzurro 5.00-5.25 Tavullia giallo 4.75-5.00 Urbino 6.0 Lucrezia

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 4.00-3.75 Marron 4.25-4.00 Arancio 4.50-4.25 Giallo scuro 4.75-4.50 Giallo oro 5.00-4.75 Blu chiaro 5.25-5.00 Blu medio 5.50-5.25 Blu scuro 5.75-5.50

Confronto dati-aspettative zona n best mdn med disp aspettato ostia 4 4.41 4.34 4.15 0.37 4.25-4.50 colombo 5 5.77 3.88 4.18 0.80 4.25-4.50 romaest 6 6.04 4.65 4.79 0.81 4.50-4.75 romacc 12 5.04 3.52 3.00 1.42 3.75-4.25

Statistica generale zona n best mdn med sigma best_lazio 44 6.04 5.04 4.00 1.21 best_roma 34 6.04 3.88 3.90 1.30 best_ostia 4 4.41 4.34 4.15 0.37 best_colombo 5 5.77 3.88 4.18 0.80 best_romaest 6 6.04 4.65 4.79 0.81 best_romacc 12 5.04 3.52 3.00 1.42 best_marche 50 6.04 5.74 5.20 0.92 best_fano 7 6.00 4.34 4.39 1.28 best_marche_ovest 6 6.04 6.04 5.77 0.60 best_marche_sud 3 5.85 5.85 5.07 1.10 best_saltara 23 6.04 5.59 5.31 0.61

Valori per ambiente Ambiente media dev.st Urbano 4.21 1.36 Periferia 4.91 0.95 Campagna 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 Osserv. 3.68 4 7 4.42 9 3.96 4.00 8 4.31 3 2010 3.88 1 3.60 2 5.38 ----- 5.41 2011 4.65 6 3.52 12 5 4.34

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/. MAG N. stelle brillanza cielo 1 5 14.9 2 22 15.9 3 82 17.0 4 250 18.0 5 800 19.0 6 2500 20.1 La seguente tabella, calcolata dai fabbricanti dello SQM, permette un confronto tra la visibilita’ delle stelle ad occhio nudo e la brillanza del cielo.

Quanto e' stellata la notte? 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?

Quanto e' stellata la notte? 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?

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: Accordo della mappa del progetto con la mappa di Cinzano per quanto riguarda l’andamento generale. Differenze sensibili nei valori numerici di magnitudine limite rispetto alle aspettative. Forti dispersioni dei dati tra diversi osservatori anche a breve distanza geografica. Bassa visibilita’ delle stelle al centro di una citta’ anche piccola (Fano, Anagni), confrontabile con quella all’interno di Roma. Visibilita’ migliore del previsto nelle localita’ di campagna. Buona affidabilita’ dello strumento SQM per monitorare la copertura nuvolosa e variazioni a lungo termine della trasparenza del cielo.