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marzo 2018

Results of radio telescopes: radio-Image of the Sun taken with SPIDER 230C radio telescope. Each pixel corresponds to a numerical value proportional to the intensity (shown in logarithmic scale to better highlight the secondary lobes) of the radio emission coming from that area of the sky.

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER

By | Progetti radioastronomia | No Comments

L’emissione radio del Sole può essere studiata utilizzando i radiotelescopi SPIDER. Infatti il Sole è una delle sorgenti radio più interessanti del cielo. La nostra stella infatti non emette solo luce visibile ma anche altre frequenze dello spettro elettromagnetico. Ad esempio, tutti riconoscono il calore dell’illuminazione solare sulla nostra pelle, espressione della radiazioni infrarossa. In questo articolo vediamo come i radiotelescopi SPIDER rilevano le onde radio in arrivo dal Sole e spieghiamo come generare transiti, radiomappe e spettri utilizzando il software di controllo RadioUniversePRO. Effettuiamo il puntamento e l’allineamento automatico sul Sole, l’individuazione e la eventuale eliminazione delle interferenze e la cattura dei diversi risultati.

 

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER

 

Il Sole emette onde radio sia per meccanismi termici (a causa dalla sua elevata temperatura) che per quelli non termici (ad esempio per radiazione di sincrotrone, quando gli elettroni vengono forzati in movimenti a spirale attorno alle linee del campo magnetico). Per lunghezze d’onda superiori a 1 cm (cioè inferiori a circa 30 GHz), l’emissione radio del Sole presenta 2 componenti: una costante detta “Sole calmo” dovuta al calore della nostra stella e una variabile detta “Sole disturbato” che varia nel tempo e che dipende dalla presenza di macchie solari o flares. I radiotelescopi SPIDER vi consentono di registrare queste emissioni. Fate partire il software RadioUniversePRO e collegatevi alla montatura e al ricevitore di SPIDER. Nel tab IF Monitor vedrete i dati catturati in tempo reale, come mostrato nell’immagine sotto.

 

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: il software RadioUniversePRO

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: il software RadioUniversePRO

 

Ora selezionate il tab “Source visibility” e fate doppio click sulla radio sorgente “Sun”. Il radiotelescopio SPIDER punterà automaticamente il Sole. Per verificare il perfetto allineamento sul Sole, potete utilizzare la funzionalità “Offset alignment” del rispettivo tab. Qui potete selezionare i parametri per richiedere al radiotelescopio di eseguire una scansione attorno all’area di cielo in cui è puntato e trovare il punto di massima emissione radio, che corrisponderà alla reale posizione del Sole: i questo modo la montatura verrà automaticamente allineata in maniera molto precisa e potrà puntare ed inseguire qualsiasi radio sorgente in cielo. Premete il bottone “Start procedure” per iniziare, il radiotelescopio SPIDER troverà la posizione perfetta del Sole, come potete vedere nell’immagine sotto.

 

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: allineamento automatico sul Sole con Offset Alignment

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: allineamento automatico sul Sole con Offset Alignment

 

Ora selezionate il tab “BBC Tool” tab e osservate la qualità del segnale che viene catturato. Qui potete facilmente capire se avete interferenze causate da segnale artificiale e facilmente rimuovere le corrispondenti parti dello spettro, se presenti. Ricordate che le interferenze causate dal segnare artificiali variano in funzione del luogo in cui è installato il radiotelescopio SPIDER e in funzione della direzione puntata dal radiotelescopio stesso. Quindi dovete verificarle con il tab BBC Tools prima di iniziare a catturare i dati.

 

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: BBC Tool vi consente di eliminare il segnale radio artificiale, se presente

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: BBC Tool vi consente di eliminare il segnale radio artificiale, se presente

 

Essendo sicuri che il radiotelescopio è perfettamente allineato sul Sole e che non stiamo catturando segnali artificiali, possiamo ora iniziare a registrare dati e a produrre vari risultati. Incominciamo con un Cross-Scan del Sole. Questa tecnica consiste nel muovere il radiotelescopio creando una croce centrata sull’oggetto e registrando il dato radiometrico per ogni punto: questo ci consentirà di determinare la massima emissione radio dal Sole. Per effettuare questa operazione, selezioniamo il tab “TPI Plot” in RadioUniversePRO e utilizziamo la funzione Cross-Scan, selezionano la lunghezza della scansione, la separazione di ogni punto di registrazione e il tempo di integrazione di ogni punto di registrazione. La montatura del radiotelescopio SPIDER muove l’antenna e il software crea un grafico come quello che potete vedere nell’immagine sotto. Il Cross-Scan può essere utilizzato anche per calcolare alcuni parametri del radiotelescopio, come il half power beam width (HPBW).

 

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: Cross-Scan del Sole

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: Cross-Scan del Sole

 

Ora produciamo una radio mappa, quindi una vera e propria immagine del Sole ripreso nelle frequenze radio. Selezioniamo il tab Mapping dove possiamo impostare tutte le caratteristiche di ripresa della radio mappa. Il radiotelescopio SPIDER effettuerà una scansione dell’area di cielo attorno al Sole, in funzione della dimensione della radio mappa, della separazione e della durata di cattura dei dati di ogni punto che compone la mappa. La mappa verrà poi visualizzata da RadioUniversePRO utilizzando una delle diverse scale di colori selezionabili dall’utente. Nell’immagine sotto, il risultato della cattura della radio mappa del Sole, con un’area di 25 gradi di lato. Sono visibili anche gli effetti dei lobi laterali che formano il pattern a croce attorno alla figura centrale del Sole.

 

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: radio mappa del Sole

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: radio mappa del Sole

 

Passiamo quindi alla registrazione di uno spettro del Sole, utilizzando le funzioni del tab OnOff. La tecnica OnOff consiste nel registrare dati dalla radio sorgente (posizione “on”) quindi spostare il radiotelescopio lontano dalla radiosorgente (posizione “off”) e registrare altri dati che vengono utilizzati per calibrare i precedenti, utilizzando anche l’apposita marca di calibrazione opzionale per i radiotelescopi SPIDER. Il risultato è visibile nell’immagine sotto, potete notare come, a differenza di oggetti a emissione discreta in cui, ad esempio, il radiotelescopio SPIDER riesce a catturare la riga dell’idrogeno, sul Sole si registra una emissione continua ad ampio spettro.

 

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: spettro del Sole

Esperimenti: emissione radio del Sole con i radiotelescopi SPIDER: spettro del Sole

 

Grazie al radiotelescopio SPIDER e al software RadioUniversePRO, avete a disposizione una serie di dati e potete facilmente confrontare l’emissione radio del Sole con dati registrati anche da radiotelescopi professionali. Alcune fonti disponibili su Internet:

Nobeyama Radio Observatory: http://www.nro.nao.ac.jp/en/

Australian Government – Radio and Space Weather Services – Learmonth Observatory: http://www.ips.gov.au/Solar/3/4

Ottawa 10.7cm radio flux: http://www.spaceweather.gc.ca/solarflux/sx-eng.php

Radio astronomy at school with SPIDER radio telescopes: H142-One receiver and control computer with RadioUniversePRO software that controls SPIDER radio telescope visible in the background

Radioastronomia a scuola con i radiotelescopi SPIDER

By | Progetti radioastronomia | No Comments

E’ possibile fare radioastronomia a scuola? In generale, le attività che molte scuole sviluppano in astronomia sono solitamente fatte con telescopi ottici in quanto gli strumenti per le altre bande dello spettro elettromagnetico sono ritenuti troppo costosi o difficili da usare. Questo, spesso, si traduce in singole visite serali con gli studenti presso gli osservatori pubblici e quindi non è possibile effettuare uno studio continuativo. Grazie ai nostri radiotelescopi SPIDER è però possibile effettuare realmente radioastronomia a scuola in quanto, a differenza di un telescopio ottico, possono essere usati anche di giorno e quindi anche durante il normale orario di lezione! Il radiotelescopio SPIDER viene installato all’esterno e viene controllato in remoto, ad esempio dalla classe o da un laboratorio.

 

Radioastronomia a scuola con i radiotelescopi SPIDER: ricevitore H142-One e computer di controllo con software RadioUniversePRO che controllano in remoto il radiotelescopio SPIDER visibile sullo sfondo

Radioastronomia a scuola con i radiotelescopi SPIDER: ricevitore H142-One e computer di controllo con software RadioUniversePRO che controllano in remoto il radiotelescopio SPIDER visibile sullo sfondo

 

Chiunque sia dotato di una parabola satellitare con un LNB e un SatFinder può puntare il Sole e verificare che emette onde radio. Radio2Space ha però sviluppato una linea di veri radiotelescopi completi con migliori prestazioni (quindi più risultati) e con una maggiore facilità d’uso. I radiotelescopi SPIDER, grazie alla loro grande parabola, al preciso sistema di puntamento, alla maggiore stabilità e sensibilità del ricevitore ricevitore H142-One 1420 MHz per radioastronomia e all’avanzato software di controllo RadioUniversePRO, sono in grado di captare onde radio provenienti da più sorgenti dell’Universo. Inoltre, grazie al particolare sistema di controllo, vengono facilmente comandati in remoto e quindi sono gli strumenti perfetti per fare radioastronomia a scuola.

 

Radioastronomia a scuola con i radiotelescopi SPIDER: allineamento automatico del radiotelescopio su una sorgente con il software RadioUniversePRO

Radioastronomia a scuola con i radiotelescopi SPIDER: allineamento automatico del radiotelescopio su una sorgente con il software RadioUniversePRO

 

Le attività di radioastronomia a scuola sono molte e riguardano sia l’astronomia che la fisica. I radiotelescopi SPIDER infatti consentono non solo di captare le onde radio in arrivo dallo spazio ma anche di studiare come queste vengono generate nell’Universo e poi come vengono raccolte dallo strumento stesso. È così possibile unire i concetti di fisica delle onde elettromagnetiche a quello dei fenomeni astronomici che le generano. Anche se è più compatto (ma per questo alla portata economica di molti!) di un radiotelescopio professionale, il radiotelescopio SPIDER può essere usato per dimostrare agli studenti che diversi oggetti dell’Universo emettono non solo luce visibile ma anche onde radio. Registrando dati anche sotto forma di transiti o radio-immagini, è poi possibile introdurre concetti di corpo nero per poi arrivare alla teoria dei quanti, dei fotoni e dei vari modelli atomici.

 

Radioastronomia a scuola con i radiotelescopi SPIDER: radiomappa del Sole registrata con il radiotelescopio SPIDER 300A

Radioastronomia a scuola con i radiotelescopi SPIDER: radiomappa del Sole registrata con il radiotelescopio SPIDER 300A

 

SPIDER consente di puntare e registrare onde radio provenienti da molte sorgenti radio, anche extra galattiche e anche durante il giorno. È quindi possibile integrare anche la fisica dell’atmosfera spiegando agli studenti perché le onde radio penetrano le nuvole mentre quelle del visibile ne vengono bloccate (o fortemente attenuate). Potete quindi studiare i fenomeni che spiegano la nascita delle onde radio provenienti da diverse radiosorgenti e studiare se e perchè sono polarizzate. I radiotelescopi SPIDER sono dotati di un ricevitore a 1420 MHz appositamente studiato per la radioastronomia: il ricevitore H142-One è dotato di spettrometro a 1024 canali che consente di catturare la riga dell’idrogeno proveniente, ad esempio, dal piano della Via Lattea. In questo modo gli studenti possono studiarne anche l’effetto doppler e calcolare le velocità relative delle diverse parti della Via Lattea.

 

Radioastronomia a scuola con i radiotelescopi SPIDER: spettro on-off della radiosorgente Cassiopea A con la registrazione della riga dell’idrogeno

 

Anche gli oggetti intorno a noi emettono onde radio. Puntando ad esempio il radiotelescopio verso un palazzo vicino, sarà possibile notare l’aumento del valore di onde radio. Confrontando questo valore con quello rilevato puntando il Sole o la Luna sarà possibile determinare la temperatura superficiale della nostra stella o del nostro satellite naturale! Grazie alla possibilità di calibrare il segnale, il software di controllo di SPIDER consente di monitorare l’emissione di una radio sorgente per lungo tempo. Ad esempio, puntando il Sole è possibile fare una misurazione al giorno per l’arco di tempo necessario a sua rivoluzione (circa 25 giorni) e quindi sarà possibile correlarlo con altri fenomeni come il numero di macchie solari visibili con un telescopio ottico (dotato di apposito filtro per protezione!).

 

Radioastronomia a scuola con i radiotelescopi SPIDER: il flusso solare a 10cm (da: Spaceweather.com)

 

Infine, ricordiamo che il radiotelescopio utilizza una particolare radio, il ricevitore radioastronomico, che può essere utilizzato e analizzato per far comprendere agli studenti i fenomeni fisici legati alla generazione e alla cattura delle onde elettromagnetiche. Sarà possibile studiare come una corrente elettrica genera un’onda elettromagnetica e come una parabola consente di focalizzare e amplificare le onde radio. Questi sono solo alcuni esempi delle diverse applicazioni che, grazie ai radiotelescopi SPIDER, possono essere effettuati per fare radioastronomia a scuola.