Indice degli argomenti

  • Introduzione

    Il progetto Skylab è stato realizzato grazie ad un finanziamnto del MIUR durante l'anno scolastico 2015/2016.

  • Presentazione




    In questo modulo troverete alcune indicazioni sull'osservazione del cielo in banda radio. Per comprendere meglio come funziona un telescopio in banda radio abbiamo studiato il comportamento delle onde elettromagnetiche anche in altre regioni dello spettro cioè nel campo del visibile, dell'infrarosso e delle microonde. Una sezione è dedicata alla interferometria perché i radiotelescopi utilizzano largamente questa tecnica per aumentare il loro potere risolutivo. Grazie al progetto Skylab abbiamo potuto visitare il radiotescopio di San Basilio (in Sardegna vicino a Cagliari) e approfondire lo studio delle microonde e dell'interferenza in banda ottica presso il dipartimento di fisica dell'Università di Cagliari.

    Questo corso è stato elaborato all'interno del progetto 'Skylab, una finestra sul cosmo' sviluppato nell'anno scolastico 2015/16. Il progetto è coordinato dalla prof.ssa Isabella Soletta. Hanno partecipato 18 studenti delle classi terze, quarte e quinte dell'indirizzo Liceo Scientifico Fermi di Alghero.
    Le attività sono iniziate nell' ottobre 2015. Il progetto è stato presentato in tutte le classi terze e quarte liceo scientifico nel mese di maggio dell'anno scolastico 2014/15.

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  • Introduzione alla Radioastronomia

    La radioastronomia è lo studio delle onde radio emesse dalle stelle, galassie e altri oggetti celesti.

    Le onde radio fanno parte dello spettro elettromagnetico. Sono onde a bassa frequenza e sono caratterizzate da  grandi lunghezze d'onda (da qualche millimetro a diversi kilometri).

    Da sempre l'uomo ha osservato il cielo, dapprima ad occhio nudo, poi con strumenti ottici. Gli oggetti che si sono potuti osservare sono per esempio le stelle, i pianeti, le galassie ed altri oggetti astronomici brillanti. Man mano che la tecnologia è andata avanti anche il campo di studio del cielo è andato espandendosi.

    La nascita della radioastronomia si può far risalire ad alcune osservazioni casuali effettuate nel 1932  da alcuni radio ingegneri americani. Karl Jansky (1905 - 1950) viene considerato il padre della radioastronomia.

    Gli astronomi del secolo scorso non avevano previsto la presenza di sorgenti radioastronomiche. Le stelle, comportandosi come un corpo nero, emettono debolmente nella zona delle onde radio e quando per caso si registrarono dei segnali radio provenienti dal cosmo  non fu facile capire da dove provenissero.

    La radioastronomia ha portato a sostanziali progressi della ricerca astronomica, in particolare alla scoperta di diverse nuove classi di oggetti: pulsar, quasar e galassie attive (o radio galassie).

    E' anche grazie alla radioastronomia che è stata formulata l'ipotesi che la materia oscura sia una componente importante nel nostro universo. Anche la radiazione cosmica di fondo fu scoperta per la prima volta usando radiotelescopi.

    A partire dall'ottobre del 2015 RaiScuola, all'interno del programma Memex, ha messo in onda quattro puntate dedicate alla radioastronomia, curate dal Nicolò D'Amico, presidente dell' Istituto Nazionale AstroFisica (INAF), che fanno il punto sulla ricerca in questo campo in Italia e nel mondo.

    Ecco la puntata introduttiva che aiuta ad inquadrare correttamente questo argomento


    Ma che cosa sono le onde radio?



    Le onde radio e lo spettro elettromagnetico

    Già dalla fine del diciannovesimo secolo si comprese che la luce è un'onda elettromagnetica che si propaga nello spazio e trasporta energia. E' costituita dal un insieme di campi elettrici e campi magnetici che si generano l'uno dall'altro e viaggiano nel vuoto alla velocità di 300.000 kilometri al secondo.
    Queste onde sono delle onde armoniche di diversa frequenza e lunghezza d'onda.


    La frequenza e la lunghezza d'onda sono legate tra loro dalla relazione


                                  


    Frequenza e lunghezza d'onda sono quindi delle grandezze inversamente proporzionali,
    maggiore è la frequenza minore sarà la lunghezza d'onda.



    Risultati immagini per onde elettromagnetiche

    Le onde elettromagnetiche sono generate da cariche elettriche che oscillano. Dal momento che le cariche possono oscillare con diverse frequenze anche le onde elettromagnetiche possono avere diverse lunghezze d'onda e frequenze.

    Le onde elettromagnetiche che il nostro sistema occhio - cervello interpreta come luce visibile hanno lunghezze d'onda comprese tra 0,4 micrometri a 0,7 micrometri, ma esistono onde elettromagnetiche con lunghezze d'onda più grandi o più piccole di questi valori.

    Sono onde elettromagnatiche i raggi infrarossi, che il nostro occhio non rileva ma che vengono utilizzati per visualizzare esseri viventi nell'oscurità, possono essere captati da particolari rivelatori che restituiscono delle immagini colorate artificialmente a seconda della temperatura della sorgente. La lunghezza d'onda dei raggi infrarossi parte da 0,7 micrometri (dove finisce la radiazione visibile) per arrivare a circa un millimetro.



    Anche le microonde, utilizzate per esempio per la cottura del cibo e nei radar, sono onde elettromagnetiche; la loro lunghezza d'onda è compresa tra un millimetro e qualche decina di centimetri.



    Le radiazioni elettromagnetiche con lunghezze d'onda ancora più grandi vengono chiamate onde radio. Le applicazioni principali delle onde radio sono nella trasmissione di segnali, per esempio dei segnali televisivi o per il funzionamento delle radio o per la trasmissione dati.



    Le onde radio sono abbastanza semplici da generare e vengono prodotte da antenne trasmittenti e captate da antenne riceventi.

    Risultati immagini per onde radio propagazione


    Esistono radiazioni anche con lunghezza d'onda più piccola rispetto alla radiazione visibile come i raggi ultravioletti, i raggi X e i raggi gamma.


    La radioastronomia: una scoperta casuale

    Le prime osservazioni in campo radiastronomico vennero fatte quasi per caso nei primi anni del novecento. Infatti gli astronomi prima di allora non avevano previsto la presenza di sorgenti radioastronomiche nello spazio. Le stelle emettono radiazioni elettromagnetiche e, avendo uno spettro di emissione simile a quello di un corpo nero, emettono solo debolmente nella zona delle onde radio. Ma nel 1932 un ingegnere della compagnia telefonica Bell che si occupava di trasmissione di segnali per telecomunicazioni si accorse che dal cosmo provenivano dei segnali radio e pose le basi di questo nuovo ramo della astronomia.


    Il corpo nero

    Si definisce corpo nero un oggetto di assorbire completamente onde elettromagnetiche di qualnque lunghezza d'onda.

    In laboratorio un corpo nero è costituito da un oggetto cavo che è mantenuto a temperatura uniforme e costante. E' simile a un forno le cui pareti assorbono ed emettono in continuazione onde elettromagnetiche di tutte le lunghezze d'onda. Solo una piccola parte della radiazione viene fatta uscire dalla cavità per essere studiata.

    Lo spettro della radiazione emessa dipende solo dalla temperatura alla quale si trova il corpo nero. Gli spettri di corpo nero sono ottentuti sperimentalmente analizzando la radiazione che fuoriesce dal foro.




    Lo studio del corpo nero alla fine dell'ottocento mise in crisi la fisica classica; l'intrepretazione venne data nel 1900 da Max Planck dalle cui ipotesi nacque la fisica quantistica.

    Le stelle e gli altri oggetti celesti si comportano con buona approssimazione come corpi neri; dallo studio della radiazione emessa si possono perciò ricavare molte informazioni sul cosmo.

    Come si vede dalla figura i corpi più caldi emettono la maggior parte della radiazione a lunghezza d'onda più piccole. Corpi più freddi invece emettono la maggior parte della radiazione a lunghezze d'onda maggiori.
    Perciò con strumenti ottici tradizionali si vedono solo alcuni degli oggetti celesti. Quelli più caldi vanno studiati con telescopi a raggi X, quelli più freddi con i radiotelescopi.

    La finestra atmosferica

    L'atmosfera terrestre ci scherma dalla radiazione elettromagnetica proveniente dal cosmo assorbendo la maggior parte di essa.


    Come si vede dalla figura esistono però delle finestre attraverso le quali la radiazione può giungere sulla superficie terrestre. I radiotelescopi possono funzionare sulla terrra proprio grazie alla finestra atmosferica che consente il loro passaggio quasi privo di assorbimento per lunghezze d'onda comprese tra qualche centimetro sino a qualche decina di metri che costituisce il campo di osservazione dei radiotelescopi. Dalla figura si comprende anche perchè per osservare altre zone dello spettro (raggi gamma, raggi X per esempio) è opportuno fare osservazioni con strumenti posti al di fuori dell'atmosfera terrestre.
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  • I padri della radioastronomia

    Nikola Tesla (1856- 1943) nel laboratorio a Colorado Springs fu il primo a registrare onde cosmiche emesse da nuvole interstellari e da stelle giganti rosse. Osservò nel suo ricevitore segnali ripetuti e annunciò in alcune riviste scientifiche del tempo di aver ricevuto segnali radio extraterrestri. La comunità scientifica non gli diede credito e scartò i suoi dati, probilmente perchè era prima volta che venivano fatte osservazioni di questo genere. Egli spese gli ultimi anni della propria vita cercando di captare segnali da Marte.

    Una delle prime ricerche sulla fonte delle onde radio extraterrestri fu fatta da Karl Guthe Jansky, un ingegnere dei laboratori della Bell Telephone, nei primi anni '30. Il primo oggetto scoperto fu il centro della Via Lattea, poi si studiarono anche le onde radio emesse dal Sole. Queste prime scoperte furono confermate da Grote Reber nel 1938. Dopo la Seconda guerra mondiale furono fatti sostanziali miglioramenti nella tecnologia radioastronomica da astronomi europei ed americani e la radioastronomia cominciò a fiorire.

    Sono tre le figure principali nella storia della radioastronomia.

    • Karl Jansky (1905 - 1950)
    • Grote Reber (1911 - 2002)
    • John Kraus (1910 - 2004)

    Notevole anche il contributo di Jocelyn Bell (1943) una astrofisica britannica che ha osservato la prima pulsar.