Category

Progetti radioastronomia

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER 300A

By | Progetti radioastronomia | No Comments

Cassiopea A è una sorgente importante per la radioastronomia, un resto di supernova nella costellazione di Cassiopea con un flusso di 2400 Jansky a 1420 MHz. Grazie alle grandi antenne paraboliche, all’elevata sensibilità del ricevitore H142-One e alle caratteristiche avanzate del software RadioUniversePRO, i radiotelescopi SPIDER sono in grado di catturare segnali da Cassiopea A. In questo articolo descriviamo come abbiamo rilevato Cassiopea A utilizzando il radiotelescopio avanzato SPIDER 300A da 3 metri di diametro allineando l’antenna, eliminando i segnali artificiali e registrando transiti, spettri e radio mappe.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER 300A: controllo remoto del radiotelescopio utilizzato per questo articolo

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER 300A: controllo remoto del radiotelescopio utilizzato per questo articolo

 

Cassiopea A (linea viola) è la sorgente extra solare più potente ma è comunque molto debole!

Cassiopea A (linea viola) è la sorgente extra solare più potente ma è comunque molto debole!

 

Nelle frequenze del visibile, Cassiopea A è estremamente debole in quanto la polvere interstellare del piano della Via Lattea ne assorbe la radiazione visibile. Cassiopea A (chiamata anche Cas A) è stata identificata nel 1947 (una delle prime radiosorgenti ad essere state individuate) mentre la sua controparte ottica è stata scoperta nel 1950. Si pensa che la supernova che ha originato Cassiopea A sia esplosa circa 11000 anni fa e che la luce dell’esplosione abbia raggiunto la Terra circa 300 anni fa. Non abbiamo notizie di un avvistamento di questa supernova ma è possibile che la stella di sesta magnitudine 3 Cassiopeiae, catalogata da John Flamsteed il 16 agosto 1680, fosse in realtà Cas A.

 

Il resto di supernova Cassiopea A attraverso lo spettro: Gamma ray (magenta), X-rays (blu, verde), visibile (giallo), infrarosso (rosso) e radio (aranzio). Crediti: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration, CXC/SAO/JPL-Caltech/Steward/O. Krause et al., e NRAO/AUI

Il resto di supernova Cassiopea A attraverso lo spettro: Gamma ray (magenta), X-rays (blu, verde), visibile (giallo), infrarosso (rosso) e radio (aranzio). Crediti: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration, CXC/SAO/JPL-Caltech/Steward/O. Krause et al., e NRAO/AUI

 

Grazie all’elevata sensibilità del ricevitore H142-One del radiotelescopio SPIDER, è possibile registrare segnali radio in arrivo anche da oggetti al di fuori del Sistema Solare. Abbiamo quindi utilizzato le avanzate funzionalità di SPIDER e del software RadioUniversePRO per registrare il segnale in arrivo da Cassiopea A durante il giorno e in presenza di nuvole. Dovendo puntare una radiosorgente debole, dobbiamo prima di tutto essere sicuri che il radiotelescopio sia correttamente puntato sulla giusta area del cielo: abbiamo quindi utilizzato la funzionalità Offset Alignment di RadioUniversePRO per effettuare un allineamento di precisione sul Sole che, essendo una radiosorgente molto forte, si presta perfettamente per allineare la montatura del radiotelescopio SPIDER.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: allineamento automatico con RadioUniversePRO

 

Abbiamo quindi utilizzato il tab Source Visibilities di RadioUniversePRO (dove è contenuto il database delle radio sorgenti) per verificare che Cassiopea A avesse una buona altezza da terra (è infatti consigliato puntare oggetti alti da terra almeno 30 gradi) e quindi per puntare precisamente questa radio sorgente. Prima di incominciare a registrare dati, abbiamo verificato la presenza di interferenze nella banda di frequenza (50 MHz, centrata a 1420 MHz) registrata dal radiotelescopio SPIDER. Come potete vedere nell’immagine sotto, la riga dell’idrogeno a 1420 MHz è chiaramente visibile insieme ad alcune interferenze artificiali che però possiamo facilmente isolare grazie allo strumento BBC Tools di RadioUniversePRO. In questo modo il radiotelescopio SPIDER non registrerà segnali radio artificiali.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: la riga dell’idrogeno e le interferenze artificiali

 

Abbiamo quindi effettuato la cattura di un Cross-Scan, una tecnica che prevede la registrazione di un transito sia in Elevazione che in Azimuth (o anche in Ascensione Retta e Declinazione), centrato sull’oggetto. In questo modo si ottiene un grafico dell’intensità dell’emissione radio lungo una croce centrata sull’oggetto e che consente di determinare la massima emissione radio di Cassiopea A. 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. Si nota chiaramente l’aumento del valore radio registrato causato da Cassiopea A. In questo modo abbiamo anche verificato che la montatura del radiotelescopio SPIDER è perfettamente allineata sulle radiosorgenti in cielo e che Cassiopea A è stata perfettamente puntata.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: registrazione del Cross-Scan di Cassiopea A

 

Quindi abbiamo voluto registrare uno spettro calibrato di Cassiopea A per evidenziare la riga di emissione dell’Idrogeno neutro a 1420 MHz. Per questa operazione abbiamo utilizzato la funzionalità On-Off di RadioUniversePRO con la registrazione degli spettri: registrando dati dalla radio sorgente (posizione “on”) e quindi calibrandolo su un punto in cielo lontano dalla radiosorgente (posizione “off”), il risultato è uno spettro calibrato. Il risultato è visibile nell’immagine sotto, potete notare come il radiotelescopio SPIDER ha perfettamente evidenziato l’emissione della riga dell’idrogeno a 1420 MHz.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: lo spettro calibrato con la riga dell’idrogeno.

 

Abbiamo quindi effettuato una sequenza di cattura di diverse radiomappe della stessa area di Cassiopea A, utilizzando la funzione Mapping di RadioUniversePRO. Abbiamo impostato la cattura di un’area di 15×15 gradi, con 30 secondi di integrazione per ogni punto e una separazione tra i punti di 1 grado. Per verificare la consistenza delle registrazioni abbiamo registrato diverse mappe in momenti diversi che, come potete vedere nell’immagine sotto, mostrano tutte un incremento del segnale proprio vicino al centro della mappa, proprio dove si trova Cassiopea A.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: due radiomappe di Cassiopea A mostrano l’incremento del segnale proprio vicino al centro della mappa.

 

Salvando il dato registrato in formato FITS (proprio come avviene per i radiotelescopi professionali) possiamo anche estrarre i dati che possono essere elaborati con diversi software, come il NASA FITS Viewer. Il tutto è stato quindi confrontato con un’immagine ottica della stessa area di cielo catturata dallo SPIDER, come potete vedere nell’immagine sotto. E’ facile notare come, in un’area apparentemente prova di particolari oggetti, il radiotelescopio SPIDER invece mette in evidenza un oggetto importante, proprio il resto di supernova conosciuto con il nome Cassiopea A nella nomenclatura utilizzata per le sorgenti radio.

 

Cassiopea A registrata con il radiotelescopio SPIDER: confronto tra immagine ottica e radiomappa dell’area di cielo di Cassiopea A.

 

SPIDER è il primo radiotelescopio specificamente sviluppato e progettato da Radio2Space per permettere a tutti di scoprire la magia della vera radioastronomia senza la necessità di essere un radioastronomo per farlo funzionare! Clicca qui per scoprire la linea completa dei radiotelescopi SPIDER.

Taurus A “discovered” by SPIDER radio telescope: Taurus A radio map recorded with SPIDER radio telescope

Taurus A (M1) registrata dal radiotelescopio SPIDER

By | Progetti radioastronomia | No Comments

Taurus A è la radio sorgente nella costellazione del Toro che corrisponde alla Nebulosa del Granchio (M1), il resto di supernova esplosa il 4 luglio 1054 e annotata da astronomi cinesi ed arabi del tempo. Da allora la nube di gas si è espansa ed oggi è grande oltre 6 anni luce. In questo articolo vediamo come il radiotelescopio SPIDER l’ha “scoperta” catturandone le onde radio emesse e convertendole in una radio mappa, una vera e propria fotografia in onde radio di questa nebulosa. Infatti si ritiene che Taurus A emetta onde radio per radiazione di sincrotrone causata da elettroni in veloci moti a spirale attorno alle linee di campo magnetico generati dalla pulsar al suo interno. Grazie alla grande antenna e al ricevitore H142-One a 1420 MHz il radiotelescopio SPIDER è riuscito a registrarne facilmente il debole segnale e, grazie alla precisa montatura e al sistema di puntamento, ha generato una radio mappa con la stessa tecnica usata dai radio telescopi professionali.

Studiare il cielo alla frequenza di 1420 MHz ha diversi vantaggi tra cui la possibilità di catturare onde radio anche di giorno e attraverso le nuvole. Ma a questa frequenza l’emissione elettromagnetica di molte radiosorgenti è piuttosto debole (infatti i radiotelescopi professionali utilizzano antenne di grandissimo diametro e sono molto costosi). Alla frequenza di 1420 MHz le radio sorgenti più forti sono:

  1. Sole: flusso di circa 40000 Jansky
  2. Cassiopea A: flusso di circa 2400 Jansky
  3. Centaurus A: flusso di circa 1700 Jansky
  4. Cygnus A: flusso di circa 1600 Jansky
  5. Sagittarius A: flusso di circa 1600 Jansky
  6. Vela X: flusso di circa 1600 Jansky
  7. Taurus A (M1): flusso di circa 875 Jansky
  8. Orion A (M42): flusso di circa 520 Jansky
  9. NGC2237: flusso di circa 260 Jansky

 

Taurus A recorded with SPIDER 300A radio telescope: SPIDER 300A radio telescope used for this article, in the background the Marcello Ceccarelli Visitor Center in Medicina (Bologna – Italy).

Taurus A (M1) registrata dal radiotelescopio SPIDER: il radiotelescopio SPIDER 300A usato per questo articolo, sullo sfondo il centro visite Marcello Ceccarelli a Medicina (Bologna).

 

Con lo SPIDER, il Sole è così forte che possiamo usarlo come sorgente radio di riferimento per allineare la montatura sul cielo. Tutte le altre sorgenti radio sono più deboli ma l’elevata sensibilità del radiotelescopio SPIDER consente comunque di registrarle. Per verificarlo, abbiamo utilizzato il radiotelescopio SPIDER 300A installato al centro visitatori Marcello Ceccarelli a Medicina (Bologna, Italia – vicino ai radiotelescopi professionali dell’INAF) per registrare una mappa radio di Taurus A e usando il software di controllo RadioUniversePRO che viene fornito con il radiotelescopio SPIDER.

Un radiotelescopio è diverso da un telescopio ottico per molti aspetti: uno di questi è che raccoglie le onde radio da una singola area nel cielo. Solo per fare un esempio, è come avere un telescopio con camera CCD dotata di un unico grande pixel. Per creare mappe radio, la tecnica consiste nel muovere l’antenna con piccoli movimenti e, per ogni posizione del cielo, registrare onde radio provenienti dallo spazio inseguendo il movimento apparente del cielo. Quindi l’antenna SPIDER viene spostata in una nuova posizione e registra il valore di pixel successivo. Per ogni pixel, il software RadioUniversePRO calcola la quantità totale di onde radio catturate e visualizza questo valore con un colore basato su una scala di colori scelta dall’utente.

 

Taurus A recorded with SPIDER 300A radio telescope: making of the radio map with RadioUniversePRO software

Taurus A (M1) registrata dal radiotelescopio SPIDER: la creazione di una radio mappa con il software RadioUniversePRO

 

Il software RadioUniversePRO consente di puntare il radiotelescopio verso la corretta posizione in cielo della radiosorgente da studiare, visualizzare in tempo reale lo spettro della banda in frequenza evidenziando così eventuali segnali artificiali (che possono quindi essere filtrati) e definire le caratteristiche della radiomappa che vogliamo registrare come:

  • Dimensioni in gradi (AR e DEC)
  • Separazione tra ogni pixel
  • Tempo di integrazione per ogni pixel
  • Tipo di scala colori per la visualizzazione
  • Stretching dell’istogramma
  • Eventuale visualizzazione con curve di livello

 

Taurus A recorded with SPIDER 300A radio telescope: RadioUniversePRO software during capture of Taurus A radio map

Taurus A (M1) registrata dal radiotelescopio SPIDER: il software RadioUniversePRO durante la cattura della radiomappa di Taurus A

 

Abbiamo quindi lanciato una cattura durata circa 3 ore, impostando in RadioUniversePRO i seguenti parametri:

  • Dimensioni della mappa: 15 x 15 gradi
  • Separazione tra ogni pixel: 0,4 gradi
  • Tempo di integrazione per ogni pixel: 5 secondi

Il risultato è la mappa che riportiamo nell’immagine sotto. Potete facilmente notare l’incremento del segnale al centro dell’immagine, corrispondente alla posizione di Taurus A. L’incremento del segnale visibile in alto a destra nell’immagine è la Via Lattea, infatti Taurus A non giace perfettamente sul piano della nostra galassia ma è distante qualche grado (come confermato dalla radio mappa). L’immagine sotto mostra la stessa radiomappa ma visualizzata con le curve di livello.

 

Taurus A recorded with SPIDER 300A radio telescope: Taurus A radio map recorded with SPIDER radio telescope

Taurus A (M1) registrata dal radiotelescopio SPIDER: radiomappa di Taurus A registrata con il radiotelescopio SPIDER

 

Taurus A recorded with SPIDER 300A radio telescope: curve levels visualization in Taurus A radio map

Taurus A (M1) registrata dal radiotelescopio SPIDER: visualizzazione con curve di livello della radiomappa di Taurus A

 

Abbiamo così dimostrato che, grazie all’elevata sensibilità e precisione di puntamento del radiotelescopio SPIDER, è possibile realizzare radiomappe anche di deboli radiosorgenti utilizzando le stesse tecniche impiegate dai radiotelescopi professionali!

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

SPIDER 300A installed in Medicina radio telescopes Visitor Center: in the Visitor Center the H142-One receiver, the power system and the computer qith RadioUniversePRO control software are installed.

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.

Radio astronomy for amateur astronomers: radio telescope is composed by antenna, mount, receiver and back-end.

Un radiotelescopio compatto per radioastronomia amatoriale

By | Progetti radioastronomia | No Comments

E’ possibile fare radioastronomia amatoriale? Se già possiedi una montatura equatoriale (quelle usate con i telescopi ottici) con almeno 50 kg di capacità di carico e con attacco tipo Losmandy (come una EQ8), grazie ai prodotti sviluppati da Radio2Space potete convertire il vostro telescopio in un radiotelescopio e iniziare il tuo programma di radioastronomia amatoriale senza la necessità di avere elevate conoscenze di radioastronomia.

Un radiotelescopio è composto da un’antenna che raccoglie le onde in arrivo dallo spazio (il corrispondente del tubo ottico in un normale telescopio), una montatura che insegue gli oggetti in cielo (come quella equatoriale che gli astrofili solitamente usano ma, che nei radiotelescopi professionali, è solitamente altazimutale), il ricevitore che amplifica il segnale radio (che corrisponde alla camera CCD di un telescopio amatoriale) e il back-end che registra i dati e li elabora (corrispondente al computer con il software con cui gli astrofili controllano il telescopio e catturano le immagini con la camera).

 

Un radiotelescopio compatto per radioastronomia amatoriale: l'antenna installata sulla montatura equatoriale.

Un radiotelescopio compatto per radioastronomia amatoriale: l’antenna installata sulla montatura equatoriale.

 

Se possedete una montatura equatoriale computerizzata avete già uno dei componenti di questo sistema e, se questa ha capacità di carico di almeno 50 Kg e attacco per telescopi con piastra tipo Losmandy (come, ad esempio, una EQ8 SynScan) allora potete installarci sopra la nostra antenna parabolica WEB230-5 da 2,3 metri di diametro. Gli astrofili possono così utilizzare le stesse funzioni della loro montatura per sostenere la parabola (come fanno per il loro tubo ottico) usando questo sistema in modo molto simile a quello a cui sono già abituati (la montatura non richiede alcuna modifica). La differenza principale è che non ci sarà più un oculare a cui avvicinare l’occhio per vedere l’immagine ma la parabola raccoglierà onde radio (di diversa lunghezza d’onda rispetto al visibile) in arrivo dalla zona di cielo puntata dalla montatura. Ad esempio, puntando la Luna non ne vedrete l’immagine a cui siete abituati ma ne catturerete l’emissione radio, espressione (se analizzata nelle microonde cioè nelle onde radio ad alta frequenza) della sua temperatura superficiale (il radiotelescopio a microonde può essere immaginato come uno strumento per misurare la temperatura a distanza).

 

Devo avere avanzate conoscenze di tecniche radio o devo essere un radioamatore per usare il radiotelescopio? No, i nostri prodotti sono semplici da usare: tutti gli astrofili possono usare i nostri radiotelescopi. Tutti i componenti radio dello strumento sono pre-installati e basta premere il pulsante di accensione per cominciare a registrare le onde radio in arrivo dallo spazio.

 

Quando la montatura viene accesa, solitamente dovete allinearla sulle stelle. Tuttavia, usando la montatura come un radiotelescopio compatto per la radioastronomia amatoriale, non vedrete più esattamente dove questa punta (le stelle hanno un’emissione di onde radio troppo debole per essere rilevate da un radiotelescopio amatoriale). Ecco perché Radio2Space ha sviluppato una speciale tecnologia, integrata nel software di controllo dei radiotelescopi, per consentire all’utente di allineare la montatura sulle sorgenti radio che non è possibile osservare direttamente.

 

Un radiotelescopio compatto per radioastronomia amatoriale: nella sala di controllo, il ricevitore è connesso al radio telescopio esterno e invia i dati registrati al computer di controllo con il software RadioUniversePRO.

Un radiotelescopio compatto per radioastronomia amatoriale: nella sala di controllo, il ricevitore è connesso al radio telescopio esterno e invia i dati registrati al computer di controllo con il software RadioUniversePRO.

 

Avete così installato la parabola sulla montatura e, grazie al particolare sistema di bilanciamento della WEB230, potete usarla come un normale tubo ottico. Le onde radio in arrivo dallo spazio sono però molto deboli e hanno perciò bisogno di essere amplificate. Questo è il compito dell’apparato ricevente (come il H142-One) che gli astrofili possono immaginare come la camera CCD del loro telescopio. E’ composto da un amplificatore a basso rumore (LNA) che si installa sul punto di fuoco della parabola insieme all’illuminatore che serve a selezionare correttamente le onde riflesse dalla parabola verso l’LNA. Questo invia il segnale raccolto, attraverso un cavo coassiale, al ricevitore il cui compito è quello di amplificarlo il più possibile mantenendo al minimo il rumore di fondo del sistema.

Ora siete in grado di puntare l’antenna verso una precisa area di cielo e registrarne l’emissione radio. Gli astrofili sono abituati a vedere immagini (una delle applicazioni più interessanti dei telescopi è proprio quella dell’astrofotografia) e i nostro radiotelescopio compatto, grazie allo speciale software RadioUniversePRO, consente di registrare l’emissione radio, spettri, transiti o radio immagini dell’area del cielo che vogliamo studiare in maniera semplice. In questo modo chiunque può iniziare in radioastronomia senza avere una profonda conoscenza tecnica o astrofisica.

 

Un radiotelescopio compatto per radioastronomia amatoriale: il software RadioUniversePRO consente di allineare il radiotelescopio sulle sorgenti che non riesci a vedere a occhio e a realizzare radio mappe degli oggetti.

Un radiotelescopio compatto per radioastronomia amatoriale: il software RadioUniversePRO consente di allineare il radiotelescopio sulle sorgenti che non riesci a vedere a occhio e a realizzare radio mappe degli oggetti.

 

A differenza di un normale telescopio ottico, un radiotelescopio funziona perfettamente anche di giorno e, se registriamo la frequenza di 1420 MHz, anche in condizioni di maltempo. Bisogna però ricordarsi che le montature equatoriali dei telescopi non sono impermeabili. Se volete mantenere il radiotelescopio permanentemente installato sul campo, dovrete proteggerlo con una adeguata struttura come una cupola. Un’altra possibilità è quella di muovere il radiotelescopio (visto che è compatto), con l’aiuto di qualche persona, quando non in uso (o quando le condizioni meteo sono cattive).

Results of radio telescope: on the left, radio telescopes record the radio waves coming from a specific area of ​​the sky. On the right, radio telescopes can also record transits of the radio-source to study.

I risultati dei radiotelescopi: immagini, transiti e numeri

By | Progetti radioastronomia | No Comments

Quali sono i risultati che possiamo ottenere utilizzando i radiotelescopi? Immagini, transiti e numeri: vediamo brevemente come. Quando effettuiamo una fotografia di un oggetto dell’Universo, utilizziamo solitamente una camera digitale che presenta molti pixels (solitamente diversi milioni). Quindi, quando effettuiamo la posa, nello stesso momento la luce che riceviamo “illumina” i diversi pixel: ognuno di essi registra luce che arriva da zone diverse del cielo.

Quando invece utilizziamo i radiotelescopi, riprendiamo segnale in arrivo da una determinata e singola area di cielo (a parte alcuni casi, solitamente per i radiotelescopi professionali che possono avere più LNA), proprio come se la nostra camera avesse un solo pixel. Se lo strumento è dotato di un preciso sistema di puntamento automatico e se disponete delle coordinate celesti delle più importanti radiosorgenti dell’Universo (come nel caso del nostro radiotelescopio SPIDER), potete puntare l’antenna verso la corretta direzione e quindi registrare il flusso di radiazione proveniente dall’oggetto stesso.

Questo esprime la potenza del segnale emesso dalla radiosorgente per unità di frequenza che passa attraverso una superficie di area unitaria. Il tipo di dato ottenuto dipende dalle caratteristiche del ricevitore e dal fatto che la misura potrebbe essere calibrata o meno. In generale peró il primo risultato che si ottiene puntando i radiotelescopi verso il cielo è un numero.

 

 

Results of radio telescope: on the left, radio telescopes record the radio waves coming from a specific area of ​​the sky. On the right, radio telescopes can also record transits of the radio-source to study.

I risultati dei radiotelescopi: a sinistra, i radiotelescopi registrano le onde radio provenienti da un’area specifica del cielo. A destra, i radiotelescopi possono anche registrare i transiti della sorgente radio da studiare.

 

Un altro tipico risultato che si può ottenere con i radiotelescopi è un transito. Questa tecnica consiste nell’identificare l’oggetto di cui si vuole registrare l’emissione radio, puntare il radiotelescopio nella zona di cielo in cui passerà l’oggetto nel prossimo futuro (ad esempio 30 minuti dopo) e fermare il radiotelescopio in quella posizione. A causa della rotazione apparente del cielo (causata dalla rotazione terrestre), l’oggetto si sposterà verso l’area di cielo puntata dall’antenna (a), ci entrerà (b) e la passerà (c).

Potremo così registrare una curva di valori la cui campana centrale esprime la registrazione dei flusso di radiazione emesso dalla radiosorgente e che viene captata dal lobo principale dell’antenna. A sinistra e a destra nel grafico sono inoltre presenti due minori aumenti di segnale dovuti ai lobi secondari dell’antenna stessa. Questo tipo di risultato è molto interessante in quanto consente di valutare anche altri parametri come la capacità risolutiva dell’antenna e viene utilizzato anche per verificarne le prestazioni e le impostazioni di lavoro (come la messa a fuoco).

 

I risultati dei radiotelescopi: Il transito del Sole ripreso dal radiotelescopio SPIDER. Osservate il segnale che aumenta a causa del passaggio del Sole in corrispondenza del lobo principale e dei lobi secondari. L’asse X corrisponde all’ora mentre quello Y (verticale) corrisponde all’intensità del segnale, rappresentato in scala logaritmica per evidenziare meglio i lobi secondari.

 

Se il radiotelescopio usato dispone di un preciso sistema di puntamento ed inseguimento automatico, potremo infine ottenere una radio-immagine dell’oggetto che vogliamo studiare. Ma come possiamo ottenere questo risultato se abbiamo detto che il nostro radiotelescopio in pratica registra solo un pixel alla volta? Per farlo, il radiotelescopio si sposta in continuazione effettuando una scansione dell’area di cielo voluta e registrando, di volta in volta, l’emissione radio che arriva da ogni pixel che poi comporrà l’immagine. Qualche pixel potrà registrare una quantità di onde radio diversa da quelli adiacenti e questa quantità viene registrata dal radiotelescopio come un numero. Quindi ad ogni numero viene associato un colore: un computer provvede a sostituire i numeri con i colori scelti generando una radio-immagine dell’oggetto ripreso!

I nostri radiotelescopi SPIDER consentono all’utente, in maniera molto semplice, di ottenere questi risultati con radiotelescopi compatti. Qualsiasi risultato volete ottenere, potete registrarlo in maniera semplice utilizzando il software RadioUniverse.  Nell’immagine sotto, puoi vedere una mappa radio del Sole, ogni pixel ha una dimensione di 1,5 gradi. Ci sono anche gli effetti dei lobi laterali (le “macchie” blu attorno al Sole).

 

I risultati dei radiotelescopi: radio mappa del Sole registrata con il radiotelescopio SPIDER. A ogni pixel corrisponde un valore numerico proporzionale alla intensità dell’emissione radio in arrivo da quell’area di cielo.