Il fascino di un cielo stellato

On April 27, 2010

Un’esperienza multidisciplinare all’Osservatorio Astrofisico di Asiago

 

L’osservazione del cielo ha sempre avuto un notevole fascino sull’uomo, in ogni tempo ed in ogni civiltà lontana. Dagli Egizi agli Aztechi fino ai giorni nostri le stelle, il Sole, la Luna ed i fenomeni loro connessi (eclissi, comete, stelle cadenti,..),  hanno attirato l’attenzione  dell’uomo, fino a fare del cielo la sede degli dei, fino a trasporre in poligonali aperte o chiuse (le costellazioni) ideali figure mitologiche, animali o forme (bilancia, lira, scudo,…) e fino a legare alle stelle il destino  stesso dell’uomo.

E se nel XXI secolo gli astrofisici studiano lo spettro luminoso di particolari coppie di stelle (stelle binarie o simbiotiche, nell’atmosfera delle quali si possono talvolta innescare processi nucleari, esplosioni locali) per aggiungere qualche tassello in più alla conoscenza scientifica, c’è ancora  chi crede all’influenza delle tradizionali costellazioni zodiacali sul carattere dell’uomo o su quella che sarà l’evoluzione della propria vita!
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Foto 1 – La foresteria e una delle cupole del Pennar

Nell’ambito delle attività Progettiamo con la Matematica (http://fds.mate.polimi.it), è stata condotta una intrigante ricerca da marziani.

Anna Lisa, Carlo e Clizia hanno simulato i movimenti dei pianeti e dei rispettivi satelliti come se abitassero su Marte e  tutta la volta celeste ruotasse attorno a Marte stesso: …insomma, alla maniera di Tolomeo, hanno sviluppato una teoria Marte-centrica.

Il rapporto relativo a tale ricerca, presentato al Concorso nazionale  I giovani e le Scienze 2009 – FAST – Milano, è stato molto apprezzato e i tre studenti hanno guadagnato l’opportunità di vivere una settimana da astronomi  presso l’Osservatorio Astrofisico di Asiago (Fig.1).

L’invito, esteso ad organizzatori e tutor, ha rafforzato la passione di tutti nell’osservazione del cielo ed ha offerto un importante momento di approfondimento culturale interdisciplinare.
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Fig. 2 - Geometrie dopo la fienagione

Non va dimenticato che l’Altipiano di Asiago è fortemente legato alla storia d’Italia quale teatro di molte battaglie durante la Prima Guerra Mondiale 1915-18,  oltre ad essere  un luogo geograficamente molto interessante sia dal punto di vista geologico   sia naturalistico, con  l’abbondante presenza di esemplari di  flora e  fauna. Le ampie distese coltivate a prato offrono dopo la fienagione interessanti geometrie ( Fig. 2).

La guardia forestale, esperto botanico, (Fig. 3) che ha guidato alcune escursioni, ha posto l’attenzione su bellissimi fiori (Fig. 4) e su particolari specie arboree come faggi e conifere,  ha insegnato ad individuare alcuni volatili attraverso il loro caratteristico canto e ci ha condotto in luoghi storici, quali il Forte interrotto a 1392 m.  sul crinale Nord-Ovest,  roccaforte italiana durante la guerra 1915/18,  occupato durante il conflitto dalle truppe austriache e successivamente riconquistato con grandi fatiche e perdite umane.

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Fig.3 - Gita naturalistica

 

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Fig.4 - Genziana asclepiadea
L’attività principale della settimana si è sviluppata attorno alle diverse specole dell’Osservatorio Astrofisico di Asiago, la cui base principale al Pennar (1040 m.) consta di belle palazzine  costruite negli anni ‘30 (Arch. Daniele Calabi) per dotare l’Università di Padova di telescopi che non risentissero dell’inquinamento luminoso. Non va dimenticato che la storica specola in Padova, luogo di studio di molti astrofisici fino ai tempi nostri, nella prima metà del Novecento risentiva  già molto dell’illuminazione della città, e dunque sembrò opportuno spostare sull’altipiano l’osservazione del cielo. Di fatto ora  risulta difficile ovunque eliminare  l’interferenza luminosa:  piccoli e grandi insediamenti urbani collaborano a vietare una nitida osservazione della volta celeste, con il buio adeguato. Per fortuna buoni  telescopi consentono perfino osservazioni diurne: ad esempio con il telescopio di 28 cm. di diametro della sala multimediale del Pennar  è stato possibile individuare Venere poco dopo le 11.00 del mattino  e  ne è testimone l’immagine catturata in tale occasione ( Fig. 5).

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Fig. 5 – Venere: h.11.15-22/07/09

 

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Fig. 6 –  Mizar e Alcor

Durante una serata dedicata ai numerosi villeggianti, dopo un’utile introduzione da parte di Paolo sulla strumentazione e sulle importanti informazioni che tutti possono attingere  dal programma Stellarium per localizzare le stelle (www.stellarium.org), sono iniziate le osservazioni. E così abbiamo compreso che la vista qualche volta ci inganna: la stella intermedia del timone  del grande carro  di fatto è doppia, composta da due stelle solo apparentemente vicine, quasi allineate: Mizar (magnitudo 2.3), che  dista dalla terra 87 anni-luce, e Alcor (magnitudo 4.0), che  dista dalla terra 81 anni-luce. Per comprendere come la magnitudo sia legata alla brillantezza o luminosità relativa di una  stella, si rimanda al box descrittivo (Fig. 6). Le due stelle, che l’occhio nudo non riesce a scindere,  vengono  individuate   benissimo con l’ausilio del telescopio e se ne  percepiscono anche i diversi colori. Mizar é una stella azzurra  binaria;  ciascuna delle due stelle che la compongono è a sua volta binaria, cosi da formare un sistema quadruplo. Alcor è anch’essa  binaria. Le stelle binarie sono costituite da due parti (stelle a loro volta)  orbitanti l’una  attorno all’altra come due sfere legate da un manubrio. Talvolta l’una eclissa l’altra, se il piano orbitale ha un’adeguata posizione  rispetto alla linea di osservazione. Una classe particolare di stelle binarie, le stelle cataclismiche, di cui le novae sono una sottoclasse, si scambia materia. La quantità di materia che la stella compagna (in prima approssimazione simile al sole) passa alla nana bianca é trascurabile, però può avere effetti esplosivi sulla superficie della nana bianca. L’astrofisico cerca di captare lo spettro legato a tali stelle e da questo cerca di trarre informazioni utili per esperimenti importanti da realizzare sulla terra.

In un’altra osservazione è stata messa a fuoco Albireo nel Cigno, stella doppia, costituita  cioè da due stelle solo apparentemente vicine.

E’  stato osservato anche un gruppo di stelle piccole non visibili ad occhio nudo, noto come Ammasso globulare di Ercole  M13, la cui sigla ricorda l’iniziale del nome dell’astronomo Charles Messier che l’ha catalogato.

Usciti all’aperto quando il buio era ormai completo, una volta adattato l’occhio, siamo passati all’individuazione del triangolo estivo:  Deneb, Vega e Altair.

Le tre stelle, identificabili per la loro luminosità,  sono ciascuna la stella più luminosa nella rispettiva costellazione: Cigno, Lira e Aquila.

Con un poco di esperienza nell’osservazione del cielo le tre costellazioni sono individuabili  per la caratteristica  geometria.

Il Cigno si presenta ad ali spiegate, una grande croce nel cielo -quasi  un grafo- e vola verso il basso, verso la Via Lattea; Deneb ne è la coda, come dice il nome in arabo, e Albireo il capo.

La Lira è inconfondibile per la presenza di un piccolo parallelogramma ad ovest della brillante Vega.

L’Aquila è rappresentata da un rombo ove l’ideale diagonale maggiore evidenzia la possanza delle ali  mentre la diagonale minore si prolunga nella coda dalla parte opposta rispetto ad Altair, ideale capo.

Vega è il vertice più luminoso del triangolo estivo; Altair una delle stelle più vicine a noi, con la sua  distanza di soli 17 anni-luce!

Adesso  lascio la parola a Paolo, perché lo sviluppo di un’altra serata di osservazione al Telescopio Galileo (122 cm di diametro - specchio parabolico) nella prima cupola del Pennar (Fig.7)  richiede le competenze dell’astrofisico:  “L’attività di ricerca al Telescopio Galileo di Asiago è centrata sulla spettroscopia, cioè sullo studio della luce scomposta nelle varie frequenze luminose (colori). Si tratta di studiare gli arcobaleni delle stelle, ma con una varietà di colori incredibile: centinaia di tonalità di blu, verde e rosso. Questa scomposizione così dettagliata permette di determinare temperatura, composizione chimica e velocità delle stelle. Infatti, gli elementi chimici emettono o assorbono solo certi tipi di colori, in base alla loro temperatura, alla loro densità  e alla loro velocità. Non si tratta quindi di ottenere delle classiche immagini puntiformi in luce bianca, ma delle strisce colorate che vanno poi trasformate in grafici. In realtà non si ottengono delle immagini cartacee ma solo dei file e la successiva elaborazione viene svolta con il solo utilizzo del computer. Questa può essere iniziata in tempo reale, subito dopo l’osservazione, stando comodamente in control room, cioè nella stanza di controllo del telescopio. Esso infatti è remotizzato e può essere comandato da un luogo diverso dalla cupola in cui si trova, compreso il Dipartimento di Astronomia di Padova. Probabilmente Galileo Galilei non aveva nemmeno immaginato che un tempo si sarebbe potuto osservare con un telescopio collocato ad Asiago, standosene comodamente in poltrona a Padova. Ormai tutti i grandi telescopi della Terra  sono comandabili da remoto, pensiamo ai più grandi telescopi europei  che sono situati sulle Ande cilene ma che possono essere movimentati da Monaco di Baviera.”

 

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Fig. 7 - Bassorilievo ingresso al Galileo

 

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Fig. 8 – Telescopio Copernico

Una sera Lina ci ha accompagnato a Cima Ekar (1350 metri s.l.m.) facendo la gimcana tra i tanti ranocchi usciti in strada per la molta umidità;  abbiamo visto immagini spettrografiche catturate dal telescopio Copernico (Fig. 8), dotato di un riflettore parabolico Cassegrain da 182 cm. di diametro, il più grande in territorio italiano.

Sulla Cima Ekar  è presente un'altra cupola che ospita il telescopio  Schmidt - 90 cm di diametro - con specchio sferico che consente di osservare aree vaste del cielo, ad esempio la luna interamente.

I ricercatori dell’Osservatorio Astrofisico di Asiago, fruendo di così valida strumentazione,  hanno potuto ottenere grandi successi principalmente nel campo delle stelle variabili, stelle novae, supernovae e galassie, realizzando un prezioso archivio di dati. Sono inoltre stati individuati parecchi asteroidi, battezzati con nomi locali: Asiago, Ortigara, Rigoni-Stern. L’astrofisico Maffei ha individuato due galassie intorno al 1978.

L’intrigante esperienza vissuta ad Asiago è stata condivisa con i ragazzi del  Liceo Scientifico Vittorini di Milano: Anna Lisa Frau, Clizia Micheletti e Carlo Pasquinucci, e con i  tutor del Lab FDS, Paola Magnaghi e Tullia Norando. E’ per  questo che rivolgiamo insieme un sentito ringraziamento a Lina Tomasella, astrofisica e responsabile dell’attività educativa,  che ha promosso l’iniziativa quale premio del concorso I giovani e le scienze 2009, a Paolo Ochner, astrofisico attivo nel progetto didattico-divulgativo, che ha curato diverse esperienze,  e a tutti gli altri studiosi che operano nell’Osservatorio, per la splendida ospitalità e per averci fatto partecipi delle loro indagini scientifiche.

 

Dipartimento di Astronomia  - Università degli Studi di Padova

 

MAGNITUDINE  RELATIVA DI UNA STELLA, DI UN PIANETA O DI UN SATELLITE

La brillantezza o luminosità di un corpo celeste, come appare nelle notti limpide, è misurata mediante la magnitudo  o magnitudine. Naturalmente il corpo celeste  può apparire molto meno luminoso di quanto è di fatto (luminosità intrinseca, L), a causa della grande distanza dall’osservatore.
E’ per questo che si parla di magnitudine relativa e di luminosità apparente.
Inizialmente, quando questa unità di misura fu introdotta dagli antichi Greci,  magnitudo 1 fu legata alla stella visibile di maggiore luminosità apparente, magnitudo 2 a quella piuttosto luminosa, ma più debole della precedente, circa la metà, e così via fino alla magnitudo 6 attribuita alla stella di minore luminosità apparente,  visibile a occhio nudo.
Questo sistema di misura, un poco rudimentale, sopravvisse fino al XIX secolo quando fu riproposto da Norman R. Pogson (1856) in maniera più rigorosa.

Da Pogson magnitudo 1 é stata associata ad una stella 100 volte più luminosa di una di magnitudo 6;  è stata adottata una scala logaritmica, che  ha portato ad una precisa relazione matematica tra la luminosità apparente l e la magnitudine relativa m:
magnitudo 1 è associata ad una stella che è circa 2.512 più luminosa di quella che ha magnitudo 2, e così ad ogni passo.
Questo implica che:
magnitudo 2 =\frac{1}{2.512} magnitudo 1,
magnitudo 3=\frac{1}{(2.512)^2} magnitudo 1,
……………………..
magnitudo  6=\frac{1}{(2.512)^5} magnitudo 1 magnitudo 1,
dove  la radice quinta di 100, che è circa \simeq 2.5119, é chiamata talvolta rapporto di Pogson.
Il legame  tra l ed m, con l(1)=1,  è allora esprimibile  dalla relazione l=\left(\frac{1}{2.512}\right)^{m-1}, funzione di tipo esponenziale con  base minore di 1.
La funzione inversa, m=1-\log_{2.512}(l)  , fornisce la magnitudine relativa m in relazione alla luminosità apparente l.  In tal modo la magnitudo  m di un qualunque corpo celeste luminoso, può essere espressa da un qualsiasi numero reale, avendo fatto una buona stima della luminosità apparente l dello stesso.

Per completezza si ricorda che la luminosità apparente l è legata alla luminosità intrinseca L dalla relazione l=\frac{L}{4 \pi l^2} ove d è la distanza tra l’osservatore e  il corpo luminoso.

Oggi Sirio é considerata la stella più luminosa nel cielo;  fa parte della costellazione del Cane maggiore e ha magnitudo -1.4.
Venere e Giove in qualche periodo dell’anno e in adeguate condizioni atmosferiche, raggiungono magnitudo - 4  mentre la luna piena può arrivare a magnitudo -13.
In questa scala, la luminosità della stella più debole, visibile ad occhio nudo in condizioni di buio perfetto e cielo nitido, senza nebbie o inquinamenti, corrisponde a magnitudo 6.5

 

di Luisa Rossi Costa

Laboratorio didattico FDS, Dipartimento di Matematica “F.Brioschi”, Politecnico di Milano Responsabile di Progettiamo con la Matematica

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