Osservazioni di oggetti celesti con un piccolo telescopio.

Osservazioni di oggetti celesti  con un piccolo telescopio.

Progetto realizzato per l'A.S. 2007/2008

per gli studenti delle V classi del Liceo Scientifico Copernico.

Con   questo   progetto   intendiamo   svolgere   un'attività   pratica   di   Astronomia.     Requisiti  fondamentali sono: cielo buio (lontano dalle luci della città),  assenza di nubi e, naturalmente,  un telescopio. 

Il telescopio in dotazione al Liceo Scientifico Copernico possiede due caratteristiche molto  interessanti: la guida e il puntamento automatico. La prima consente di “inseguire” gli oggetti  celesti che si muovono in cielo a causa del moto di rotazione della terra attorno al proprio asse  (Fig.1), la seconda permette un notevole risparmio di tempo nell'identificazione e puntamento  di oggetti che  possono essere non visibili ad occhio nudo. Infatti, in assenza di puntamento

Fig.1 

automatico   il   processo   di   identificazione   e  puntamento   degli   oggetti   celesti   richiede  tempo   ed   abilità   ,   nonchè   l'ausilio   di  dettagliate carte del cielo.

Per   potere   utilizzare   il   puntamento  automatico   dobbiamo   “inizializzare”   il  telescopio, ossia fornirgli le indicazioni precise  del   luogo     (latitudine   e   longitudine)   e   del  tempo di osservazione (giorno mese anno ed  ora), poichè la posizione degli astri dipende  dal   luogo     e   dal   periodo   dell'anno   in   cui  stiamo   osservando

.     Dopo   aver   inserito   le  coordinate del luogo di osservazione dovremo  identificare 3 stelle abbastanza   luminose (in  modo da essere ben   distinguibili dalle altre  all'interno del campo    e  abbastanza lontane  fra loro, circa 60°). Dovremo 

  queste  3   stelle   nel   puntatore   e   nell'oculare   e   far  memorizzare al telescopio le loro posizioni.  

Non sarà necessario sapere che   stelle sono, sarà la posizione relativa di queste 3 stelle a  permettere al telescopio di costruire una mappatura del cielo locale. Il telescopio, infine,  ha in  memoria un elenco degli oggetti celesti più interessanti e luminosi visibili dal nostro punto di  osservazione, non dovremo fare altro che inviarlo con un apposito comando all'oggetto che ci  interessa. 

La prima cosa che noteremo già in fase di inizializzazione è che nell'oculare del telescopio  appaiono molte più stelle di quanto ne vediamo ad occhio nudo (circa 6000 su tutto il cielo,  3000   nell'emisfero nord in condizioni di visibilità ottimale: cielo buio e terso).   La ragione 

1 Alcune costellazioni (per esempio le due Orse e Cassiopea.) sono sempre visibili nell'emisfero  settentrionale ma hanno posizioni che dipendono dal luogo e dal tempo di osservazione, altre (per  esempio Orione e le costellazioni zodiacali) sono visibili solo in certi perioodi dell' anno.

della differenza è che lo specchio del telescopio raccoglie più luce del nostro occhio (in un 

apporto  

2

ove D è il  diametro dello specchio del telescopio e d quello della pupilla 

Fig. 2

dell'occhio) e può  quindi  vedere sorgenti di  luce   più   deboli.     Ciò  spiega  l'importanza  di  utilizzare   telescopi   con   specchi   di     grande  diametro (come, per esempio, i telescopi Keck  e  VLT, Figs. 2 e 3). 

La   capacità   di   osservare   oggetti   deboli  aumenta   considerevolmente   quando   all'  occhio   si   sostituisce   un   rivelatore   capace   di  effettuare   l'integrazione   temporale   del  segnale

 .

Gli   oggetti   che   osserveremo   col   telescopio  sono relativamente brillanti ed appartengono,  per la maggior parte, al catalogo di Messier. 

Charles   Messier   (1730     ­   1817),     fu   un  astronomo francese che realizzò, fra il 1758  ed il 1782, il primo catalogo di oggetti diffusi

l catalogo di Messier contiene solo 102 oggetti  che possono essere ammassi di stelle (aperti o  globulari), galassie e nebulose (planetarie, resti di supernovae e di formazione stellare).

Fig. 3  

Scopo di Messier era mettere a disposizione  degli   scopritori/osservatori   di   comete   un  elenco di oggetti di aspetto diffuso (simile a  quello   delle   comete)   affinchè   potessero 

ontrollare   la   veridicità   della   loro   scoperta. 

All'epoca   era   del   tutto   ignota   la   natura 

“esterna” delle galassie che erano ritenute, a  torto,   oggetti   della   nostra   galassia.     Solo  Immanuel   Kant   ne   aveva   appena   postulato,  nella  Storia   naturale   universale   e   teoria   dei  cieli  pubblicata   nel   1755,   la   natura   di 

“universi   isola”,   ma   su   basi   puramente  speculative.

Bisognerà   attendere   il   1900   quando,   a   seguito   del   “grande   dibattito   sulla   natura   delle  nebulae”,  che durerà 20 anni, le galassie otterranno finalmente il riconoscimento scientifico  ufficiale di sistemi esterni.

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         Elenco oggetti osservabili

(fra cui sceglieremo i più adatti alle condizioni, trasparenza e stabilità, della notte) L'   elenco   non   include   Marte   e   Saturno   (osservabili   in   prima   sera)   e   Giove   (osservabile  intorno alle 24:00  nelle notti di giugno).

Nome:  è   l'identificatore   più  comune   per  l'oggetto   astronomico.   La   M   indica   che  l'oggetto appartiene al catalogo di Messier. 

Tipo: specifica la natura dell'oggetto.

Coord.: equatoriali (alfa  e delta approssimate all'ora e al grado) . Non ci servono per  puntare il telescopio ma ci indicano dove si trova l'oggetto. Bisogna sempre puntare  prima gli oggetti più a Ovest (alfa piccola) perchè sono quelli che tramontano prima. 

La delta invece è legata all'altezza sull'orizzonte dell'oggetto (piccola oggetto basso,  grande oggetto più alto). 

Magnitudine: nella banda V (visuale). Ad occhio nudo in condizioni ottimali vediamo  fino alla 6.0 (gli oggetti con magn V > 6 sono invisibili). 

Dimensione:  in   primi   (o   in   secondi)   è   l'estensione   apparente   dell'oggetto.     Per  confronto, le stelle hanno un estensione di qualche secondo.  Il campo dell'oculare  f25 è di 1° 15'. (Per i due sistemi di stelle doppie la dimensione indica la separazione  angolare fra le due stelle).

Distanza : in anni luce fra noi e l'oggetto. La luce che vediamo è partita da alcune  centinaia ad alcuni milioni di anni fa. 

Nome  tipo coord magn. 

(V)

Dimen. Dist.

(anni luce) Double cluster 2 ammassi aperti  2h  +57°   4.3 30'           7 200 M 44 (Praesepe) ammasso aperto  9h  +20°   3.7 95'       577

M 81 galassia 10h +69°   6.9 21' x 10' 12 000 000

M104 (el Sombrero) galassia 13h ­12°   8.0 9' x 4' 50 000 000 Mizar  Alcor Stella doppia 13h +55 2.0 4.0 12'        78

M 53 ammasso globulare 13h +18°   7.7 13'        58 000

M 51 (the whirlpool) galassia 13h +47   8.4 11' x 7'  37 000 000

M 3 ammasso globulare 14h +28°   6.4 18'        25 100

M 101 galassia 14h +54°   7.9 22' 27 000 000

M 92 ammasso globulare 17h +43°   6.4 14' 26 700 000

M 13 ammasso globulare 17h +36°   5.8 20'        25 100  M 11 (wild duck) ammasso aperto 19h ­06°   5.3 14'          6 000 Albireo (beta Cygni) Stella doppia  19h +28 3.0 5.0 34”       380

Nome  tipo coord magn. 

(V)

Dimen. Dist.

(anni luce) M 27 (dumbbell) nebulosa planetaria 20h +22°   7.4 8' x 6'          1 250

       Serate per le osservazioni 29/5,  3/6,  5/6,  9/6

          IMMAGINI

(acquisite da telescopi molto diversi fra loro ma comunque molto più grandi del   nostro... noi non le vedremo cosi' bene...)

       Double cluster        

       M 44 (Praesepe)

             M 81

      M 104 (el  Sombrero)

       M 53              M 51

      M 3

      M 101

       M 92

      M 13

      M 11

      M 27 (the dumbbell nebula)

     Le stelle doppie :

Molte   stelle   appaiono   doppie   se   osservate   con   adeguata   risoluzione  

(ossia   capacità   di  distinguere, risolvere, le singole componenti) queste stelle sono dette binarie visuali.   Una  binaria visuale può non  costituire un sistema legato gravitazionalmente, può, infatti, trattarsi  di un semplice effetto di proiezione sulla volta celeste. 

Per verificare che la binaria visuale costituisca un sistema legato è necessario effettuare una  serie di osservazioni del sistema, nel tempo, per misurare la presenza di eventuali moti di  rivoluzione (entrambe le componenti ruotano attorno al centro di massa del sistema).  

In molti sistemi binari le due componenti non sono distinguibili poichè la  separazione 

Fig. 4

angolare   (apparente)   diviene   sempre   più  piccola all'aumentare della distanza fra noi  e   questi sistemi. Quando l'asse dell'orbita  del sistema binario forma un angolo di 90°

con la linea di vista: le due componenti del  sistema si oscurano (eclissano) a vicenda  durante il moto orbitale. In questi casi si  osservano   variazioni   regolari   della   luce  (Fig. 4) dovute all'oscuramento reciproco  che   sono   tanto   più   simili/diverse   in  intensità quanto più sono simili/diversi in  luminosità i due astri che compongono il  sistema.  I sistemi binari identificati

analizzando le curve vengono detti binarie fotometriche o binarie ad eclisse.   

Fig. 5

Un   sistema   binario   legato   può   anche  essere   identificato   con   tecniche  spettrografiche, misurando lo spostamento  Doppler delle righe spettrali

  (Fig. 5). Le  binarie identificate in questo modo sono  dette spettrografiche.  Questo metodo non  può essere applicato a sistemi

il   cui   piano   orbitale   sia   ortogonale   alla  linea   di   vista,   poichè   in   tale   caso   le  componenti radiali (lungo la linea di vista  e   quindi   misurabili     con   l'   effetto   Doppler)   delle   velocità   sono   nulle   (le   velocità   sono  integralmente tangenziali).

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f_oc ). Per cui  utilizzando l'uno o l'altro potremo avere   rispettivamente   110   o   40   ingrandimenti.     Maggior   ingrandimento   significa   maggiore   dettaglio   nell'immagine a scapito di una minore quantità di luce.

4 Tecnica che si usa anche per identificare sistemi planetari  extrasolari.

I due sistemi binari che vogliamo osservare sono Mizar e Alcor e Albireo.

Fig. 6

Mizar   e   Alcor   fanno   parte   della   ben   nota  costellazione   dell'   Orsa   Maggiore.     Fin  dall'antichità   il   sistema   doppio   di   Mizar   e  Alcor era conosciuto e visibile ad occhio nudo  in   condizioni   di   cielo   ottimali   e   da   chi   era  dotato di un'ottima vista.  

Mizar   fu  la   prima  binaria  visuale   ad  essere  scoperta   nel   1650   col   telescopio   dall'  astronomo Giovanni Battista Riccioli, consiste  infatti di due

componenti (Mizar A e Mizar B) molto vicine  (14”) fra loro la cui orbita ha un periodo di  2000 anni. Mizar A è stata la prima binaria  spettroscopica   scoperta,   a   fine   1800   da  Pickering   (astronomo   statunitense)   che  ottenne   lo   spettro   di   Mizar   A   e   notò  un'oscillazione   delle   righe   spettrali   (con   un  periodo di circa 20 giorni). Anche Mizar B e  Alcor si sono rivelate binarie spettroscopiche. 

Il sistema binario di Mizar ed Alcor è quindi  costituito da 6 stelle.  

Mizar ed Alcor sono  anch'esse probabilmente legate anche se in questo caso il periodo orbitale  (800 000 anni) e la mutua distanza (0.25 anni luce) sarebbero grandissimi.

Fig. 7

     Fig. 8

Albireo è la stella Beta della costellazione del Cigno (Fig. 7), anche questo è un sistema doppio 

ma molto più stretto (separazione 34”) di Mizar ed Alcor. La grande differenza di colore fra  le 

due componenti lo rende particolarmente spettacolare.   La stella più luminosa è rossa (tipo 

spettrale K) la più debole è blu (tipo spettrale B). Le due stelle formano un sistema legato con  un periodo di rivoluzione di 75 000 anni.

Osservazioni interferometriche effettuate nel 1976 hanno mostrato che  anche la componente 

più luminosa di questo sistema (Albireo A) è un sistema doppio.