L'osservazione del cielo in banda radio
Schema della sezione
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Questa sezione è stata inizialmente realizzata dalla prof.ssa Isabella Soletta con 18 studenti delle classi terze, quarte e quinte del Liceo Scientifico "Fermi" di Alghero nell'ambito del progetto Skylab, coordinato dal Liceo Majorana di Desio e finanziato dal MIUR nell’ambito delle "Iniziative per la diffusione della cultura scientifica" nell'a.s 2015/2016.
E' stata quindi rivista, ampliata e arricchita dalla prof.ssa Canali del Liceo Majorana di Desio nell'a.s 2019/2020 nell'ambito del PCTO "L'osservazione del cielo alle diverse frequenze".
All'inizio del modulo vi è un breve richiamo alle onde elettromagnetiche, per comprendere ciò che caratterizza le onde radio.
Segue un richiamo storico che ripercorre la scoperta delle prime sorgenti radio celesti che segna, quindi, la nascita della radioastronomia.
Passeremo quindi in rassegna alcuni celebri radiotelescopi spiegando come mai i radiotelescopi siano così grandi.
Una sezione è dedicata alla interferometria perché i radiotelescopi utilizzano largamente questa tecnica per aumentare il loro potere risolutivo.
Infine analizzeremo i fenomeni fisici attraverso cui si ritiene vengano generate onde radio nello spazio per poi spiegare, anche attraverso alcune bellissime immagini, quali informazioni possiamo ottenere dallo studio del cielo in banda radio. -
Le onde elettromagnetiche sono onde trasversali, che propagano anche nel vuoto dovute all'oscillazione di campi elettrici e campi magnetici. Come tutte le onde trasportano energia che in questo caso è proporzionale alla frequenza.
Le onde radio sono tutte le onde elettromagnetiche che hanno lunghezza d'onda maggiore di 0,1mm. Lo spettro delle onde radio è pertanto molto ampio perché comprende lunghezza d'onda da 0,1mm a oltre 1km-
Un video prodotto dalla RAI ci guida negli anni della nascita della televisione in Italia
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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. Solo di recente, nel secolo scorso, l'uomo ha compreso che dallo spazio arrivano anche onde e particelle diverse dalla luce, che i nostri sensi non sono in grado di rivelare. Col tempo lo sviluppo della tecnica ci ha permesso di poterle osservare e il loro studio ci ha aperto orizzonti nuovi e spesso inimmaginabili.
La radioastronomia è lo studio delle onde radio emesse da oggetti celesti e questa scienza ha portato a importanti progressi nella ricerca astronomica, in particolare alla scoperta di diverse nuove classi di oggetti: pulsar, quasar e galassie attive (o radio galassie). Recentemente inoltre, questa branca dell'astrofisica sta fornendo importanti indizi sulla formazione delle molecole organiche che hanno portato la vita sul nostro pianeta. La radioastronomia fornisce inoltre importanti indizi relativi alla materia oscura, che appare essere una componente importante nel nostro universo ed anche la radiazione cosmica di fondo fu scoperta per la prima volta usando radiotelescopi.
Le prime osservazioni in campo radioastronomico 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.
Nel 1932, Karl Jansky, un ingegnere della compagnia telefonica Bell che si occupava di trasmissione di segnali per telecomunicazioni si accorse che dal cosmo provenivano dei segnali radio : fu il primo passo verso la nascita della radioastronomia.
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Grote Reber descrive la costruzione del suo radiotelescopio e le sue prime misure al workshop "Radio Astronomy and Canada: Fifty Years of Progress Date" - 22 Dicembre 1987
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Prima delle quattro puntate dedicate alla Radioastronomia nel programma Memex di RaiScuola. La puntata è andata in onda nell'ottobre del 2015 ed è disponibile sul sito del programma.
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In questa sezione sono presentati alcuni dei più importanti radiotelescopi "single dish" . Le dimensioni di un radiotelescopio sono fondamentali per poter avere una buona risoluzione. Vedremo quindi come un passo enorme in tal senso è stato possibile grazie all'uso dell'interferometria.-
Nel 1974 Martin Ryle e Antony Hewish dell'Università di Cambridge hanno ricevuto premio Nobel per aver inventato l'interferometria radioastronomica, che utilizza una combinazione di numerosi radiotelescopi utilizzati come un'unica antenna
"virtuale" più grande. -
Situato a 5000 metri e nel deserto di ATACAMA in Cile, l' Acatama Large Millimeter Array con i suoi 66 radiotelescopi è il radiointerferometro più potente disponibile a Terra.
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SKA
Lo Square Kilometer Array è un progetto molto ambizioso a cui partecipano 13 stati membri, tra cui l'Italia. Prevede l'installazione di un numero impressionante di antenne. Parte saranno installate in Australia (Ska Low) e in parte in Sud Africa ( SKA Mid)
Questo filmato ci presenta il progetto in modo completo mentre quest'altro approfondisce le caratteristiche delle antenne di SKA LOW
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La realizzazione di SKA rappresenterà un'enorme sfida tecnologica.Questa pagina del sito ufficiale di SKA ci riporta alcuni dati veramente impressionanti relativi anche alle quantità di dati che produrrà questa enorme rete di telescopi
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In un filmato di Raiscuola il direttore dell'INAF ed alcuni ricercatori presentano SKA
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L'Italia partecipa attivamente a diversi progetti internazionali in campo radioastronomico. In Italia troviamo 4 radiotelescopi single dish: quello di medicina ed il gemello di Noto, di 32 metri di diametro ed il più recente Sardinia Radio Telescope (SRT) di 64m. Questi tre sono gestiti direttamente dall'INAF.
Vi è poi il radiotelescopio di Matera, gestito operativamente per conto dell’ASI da e-GEOS, che oggi è il punto di riferimento italiano per le attività di geodesia. Come vedremo più in dettaglio sotto grazie a questa strumentazione l'Italia partecipa anche a reti interferometriche VLBI-
Il Sardinia Radio Telescope (spesso abbreviato in SRT) è un radiotelescopio situato nel territorio del comune di San Basilio, in provincia di Cagliari. La costruzione si è conclusa nella primavera del 2011 e Il radiotelescopio ha visto la prima luce l'8 agosto del 2012. Il Sardinia Radio Telescope è uno strumento all'avanguardia dal punto di vista tecnologico, per quanto riguarda sia l'equipaggiamento elettronico che la componentistica meccanica
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Il Sardiania Radio Telescope (STR) è stato protagonista di una puntata di Memex, programma scientifico di RaiScuola. Questo filmato andato in onda nel 2015 è accessibile dal sito di Raiscuola.
Dura complessivamente 26 minuti ed composto da diverse parti
- Descrizione di SRT
- Una radioastronoma scopre le palsar: breve storia di Jocelyn Bell
- Aspetti e ricadute tecnologiche di RTF
- Un regalo dalla radioastronomia: la tecnologia WIFI
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Il filmato, di 17 min, mostra le fasi del montaggio del paraboloide del Radiotelescopio di San Basilio, Il paraboloide, del diametro di 64 mt. e un peso di oltre 500 Tonnellate è stato issato con una gru tra le più grandi al mondo.
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il videoclip descrive in pochi minuti lo spettacolare tiro in quota del paraboloide del Radiotelescopio di San Basilio
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Questo osservatorio, situato a circa 30 Km da Bologna e gestito dall’Istituto di Radioastronomia dell’INAF, ospita due strumenti: la grande Croce del Nord, nella foto, di proprietà dell’Università di Bologna e un’antenna parabolica da 32 metri di diametro. -
Il Centro di Geodesia Spaziale è sorto nel 1983 sulla Murgia Terlecchia di MateraLa Geodesia Spaziale è basata sul continuo monitoraggio della posizione di stazioni fiduciali mediante rilievi multi-tecnica con sofisticati e avanzati apparati che ne fanno uno dei capisaldi fondamentali della rete geodetica mondiale.
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Sono diversi i processi mediante i quali vengono emesse onde in banda radio. Ciascuno di questi permette di indagare alcuni dei fenomeni che avvengono nello spazio
Qui una breve sintesi.
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L'idrogeno neutro consiste di un solo protone attorno a cui ruota un solo elettrone. Quando il protone e l'elettrone hanno spin parallelo l'atomo ha un'energia leggermente superiore al caso in cui lo spin è anti parallelo. La transizione da spin parallelo ad anti-parallelo causa l'emissione di fotoni alla lunghezza d'onda di 21,1 cm. Questo avviene per ogni atomo mediamente ogni 107 anni, per cui è praticamente impossibile osservare tale fenomeno in laboratorio. Essendo però il numero di atomi di idrogeno del mezzo estremamente alto, la riga di emissione di 21 cm è facilmente osservabile tramite i radiotelescopi -
Il 99% del mezzo interstellare è formato da gas, in forma di atomi o molecole, tra cui i più abbondanti sono l'idrogeno e l'elio. Il restante 1% è formato da polveri, particelle dalle dimensioni tipiche di 1/100 dello spessore di un capello umano, costituite da un nucleo di materiale simile alle rocce terrestri (silicati) o grafite circondato da un mantello fatto principalmente di ghiacci di acqua, metano o ammoniaca. Negli ultimi decenni tuttavia si sta scoprendo che nel mezzo interstellare sono presenti anche molecole complesse e, a partire dagli anni '70, è diventato chiaro che anche molecole organiche più o meno complesse sono presenti e diffuse nell'Universo. Questo fatto porta con sè tanti interessanti interrogativi ... -
La radiazione di sincrotrone è radiazione elettromagnetica emessa da particelle subatomiche cariche che si muovono con velocità relativistica in un campo magnetico.Attraverso lo studio di questa radiazione è possibile evidenziare la presenza di campi magnetici e studiare fenomeni ad essi connessi
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Anche i resti di supernovae sono sorgenti molto brillanti di onde radio.Qui a fianco Cassiopea A, la più forte sorgente radio della nostra galassia al di fuori del sistema solare.
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PULSAR è l'acronimo di PULSING RADIO SOURCE. Oggi si ritiene siano stelle a neutroni nelle prime fasi della loro formazione quando ruotano molto velocemente. La radiazione elettromagnetica, emessa in coni ristretti, è osservata come impulsi emessi ad intervalli estremamente regolari. -
Quasar e Galassie attive sono altri interessanti sorgenti di emissioni radio. In questa pagina ne approfondiamo la conoscenza
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Vengono resi disponibili in questa sezione i materiali utilizzati per le lezioni in presenza
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