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Modellazione 3D degli asteroidi

Il messaggio delle stelle nel flusso luminoso.

Messaggioda LFranco » 9 ago 2015, 22:40

Ciao a tutti,
forse uno degli aspetti che preferisco nello studio degli asteroidi è quello della ricostruzione del loro aspetto 3D, partendo dai soli dati fotometrici (curve di luce).

Da un punto di vista intuitivo la cosa è abbastanza semplice ... se si osserva un asteroide da diverse angolazioni la sua curva di luce risentirà fortemente degli effetti prospettici a seconda se viene osservato "di pancia" (vista equatoriale) o "di testa" (vista polare). In effetti spesso non si considera che la forma della curva di luce di un asteroide cambia da apparizione ad apparizione, pur mantenendo costante (abbastanza) il periodo di rotazione sinodico (osservato dalla terra), diverso (anche se di poco) da quello siderale (rispetto alle stelle fisse).

Con diverse curve di luce, osservate in diverse apparizioni e con angoli prospettici diversi, è possibile risalire con metodi matematici all'orientamento del polo di rotazione e conseguentemente all'aspetto 3D dell'oggetto. Per questo lavoro (inversione delle curve di luce) sono necessarie numerose osservazioni con una copertura di diverse decine di anni, osservazioni effettuare sia da professionisti che da non professionisti.

Proprio in questi giorni sono stati pubblicati sul sito specializzato DAMIT i modelli 3D di due asteroidi ai quali ho lavorato nei mesi scorsi. Il sito DAMIT (Database of Asteroid Models from Inversion Techniques) viene gestito dell'istituto di Astronomia dell'Università di Praga e raccoglie i modelli degli asteroidi studiati con le tecniche dell'inversione delle curve di luce (fin'ora solo 384 asteroidi).

I modelli 3D su DAMIT li potete vedere direttamente qui:
- 65 Cybele: http://astro.troja.mff.cuni.cz/projects/asteroids3D/web.php?page=db_asteroid_detail&asteroid_id=483
- 2455 Somville: http://astro.troja.mff.cuni.cz/projects/asteroids3D/web.php?page=db_asteroid_detail&asteroid_id=484
selezionando l'opzione Files PNG.

Ulteriori dettagli sulle tecniche utilizzate li potrete trovare nella relazione dello scorso anno al Meeting di Arcetri (http://digidownload.libero.it/A81_Observatory/documenti/Asteroidi_Modellazione_3D.pdf).

Qual' è la morale quindi ? ... anche se già si conosce la curva di luce di un asteroide ed il suo periodo di rotazione sinodico, comunque i dati vanno pubblicati per permettere ad altri in futuro di elaborare il tutto e ricavare il modello 3D dell'asteroide, l'orientamento del polo ed il periodo siderale di rotazione.

Naturalmente sono qui per soddisfare ogni curiosità ... nei limiti del possibile.
Grazie per l'attenzione.
Lorenzo Franco
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Messaggioda mmorri2 » 10 ago 2015, 9:16

Molto interessante questo lavoro sulle curve di luce e la modellizzazione in 3d delle stesse.
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Messaggioda Paolo » 10 ago 2015, 16:36

Ecco, qui viene voglia di smontare lo spettroscopio!

Sono affascinato da questi incredibili mezzi di indagine da tanto tempo ma la scarsa conoscenza delle tecniche da utilizzare ha rappresentato un forte deterrente. Ho apprezzato le potenzialita' di questo tipo di osservazioni (anche a livello amatoriale) in occasione del premio "Meteorite d'oro", evento svoltosi a Secinaro (AQ) nel 2006, quando Silvano Casulli (per me un mito!) ha fatto una bellissima presentazione che riguardava gli asteroidi, includendo la modellazione 3d.

Ho avuto altre piccole esperienze indirette, ancora anni addietro, presso l'Osservatorio di Collurania dove un astronomo mi mostro' la sala "fotometrica" con pareti nero fumo e svariati modellini di asteroidi che servivano per la simulazione. Non ricordo bene ma probabilmente servivano a verificare se la modellazione sperimentale fosse soddisfacente.

In tempi piu' recenti ho avuto modo di parlare di curve di fase e modelli 3d con il bravissimo Gianni Casalnuovo (che probabilmente conosci), conosciuto prima sul forum e poi di persona in occasione di una visita a Bolzano.

La mia e' solo mancanza di tempo, altrimenti sarei stato catturato da tempo dallo studio dei corpi minori!

La prima domanda mi viene spontanea... riesci a svolgere questo tipo di osservazioni anche da Roma o il cielo notturno deve essere necessariamente limpido e scuro?

La seconda riguarda la strumentazione. In particolare, per fare delle buone misure si puo' anche usare una camera con sistema antiblooming? Occorrono dei filtri per lavorare in banda fotometrica standard si puo' osservare in luce bianca?

Mi piacerebbe avere un'idea di cosa si conosce e cosa no. Sono molti i modelli asteroidali noti? L'astrofilo puo' fare soltanto esperienze didattiche (verifica di modelli noti) oppure e' in grado di fare osservazioni "esclusive"? Non so se in questo campo funziona come per la spettroscopia, dove si sente il limite delle "ore telescopio" degli osservatori professionali e l'elevato numero di amatori sparsi in tutto il globo a volte puo' rivelarsi utile. Fra l'altro la fotometria dovrebbe essere molto piu' diffusa tra gli amatori rispetto alla spettroscopia.

Grazie per la tua disponibilita', rispondi solo quando hai tempo!

Paolo
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Messaggioda LFranco » 10 ago 2015, 18:44

Ecco qui le risposte.
Paolo ha scritto:riesci a svolgere questo tipo di osservazioni anche da Roma o il cielo notturno deve essere necessariamente limpido e scuro?

Le mie osservazioni le faccio solo da Roma. Tieni conto comunque che per la modellazione di 65 Cybele non c'è alcuna mia osservazione diretta. La prima osservazione risale al lontano 1980 e l'ultima è del 2014, tutte le osservazioni sono state fatte da professionisti e non professionisti. Io ho selezionato i dati ed elaborato il modello. Si tratta di un processo non proprio banale che prevede numerose iterazioni e giornate intere di elaborazione su PC (24 ore su 24). In pratica ho seguito un approccio di "data mining" partendo dal patrimonio di dati acquisito negli ultimi 34 anni.

Diverso invece è il caso dell'asteroide 2455 SOMVILLE per il quale anch'io ho fornito un limitato contributo osservativo. In questo caso si tratta di un modello "preliminare" poichè la copertura delle varie prospettive di vista non è completa. Per rendere più robusto il modello ho usato anche i dati sparsi (un punto per notte) acquisiti negli ultimi 10 anni dagli osservatori professionali 689 USNO Flagstaff station e 703 Catalina Sky Survey.
Paolo ha scritto:per fare delle buone misure si puo' anche usare una camera con sistema antiblooming? Occorrono dei filtri per lavorare in banda fotometrica standard si puo' osservare in luce bianca?

Per la fotometria è sempre preferibile usare camere CCD non antiblooming. Ad ogni modo se si resta nel campo della linearità (solitamente 30.000 ADU) non ci sono grossi problemi. Gli asteroidi si osservano prevalentemente in banda R ad ogni modo si possono fare anche osservazioni senza filtro, ma occorre molta attenzione nella scelta delle stelle di confronto che devono essere necessariamente di tipo solare.
Paolo ha scritto:Mi piacerebbe avere un'idea di cosa si conosce e cosa no. Sono molti i modelli asteroidali noti?

Gli asteroidi per i quali si conosce la forma sono abbastanza pochi (384). Le tecniche osservative sono sostanzialmente le seguenti. 1) osservazione con il telescopio spaziale. 2) Osservazione da terra con telescopi di classe 10 metri e ottiche adattive. 3) occultazioni asteroidali. 4) Inversione delle curve di luce.
Come vedi solo le ultime due tecniche sono accessibili agli astrofili.
Paolo ha scritto:L'astrofilo puo' fare soltanto esperienze didattiche (verifica di modelli noti) oppure e' in grado di fare osservazioni "esclusive"?

I modelli che ho pubblicato sono delle ricerche originali. Fin'ora ne ho pubblicati cinque. Sui primi modelli mi sono confrontato con un astronomo professionista dell'università di Praga esperto di queste tematiche, poichè è estremamente facile ottenere dei modelli sbagliati e fisicamente improbabili.
Paolo ha scritto:Non so se in questo campo funziona come per la spettroscopia, dove si sente il limite delle "ore telescopio" degli osservatori professionali e l'elevato numero di amatori sparsi in tutto il globo a volte puo' rivelarsi utile. Fra l'altro la fotometria dovrebbe essere molto piu' diffusa tra gli amatori rispetto alla spettroscopia.

Sì Paolo anche nella fotometria la carta vincente è quella della collaborazione internazionale. Tieni conto inoltre che la fotometria consuma molto più tempo rispetto alla spettroscopia. E' abbastanza normale seguire un asteroide per numerose notti osservarive.

Per che fosse curioso gli articoli completi si possono leggere qui: http://www.minorplanet.info/MPB/MPB_42-3.pdf a pagina 198-200 e 204-206.

Ci sarebbero tante altre cose da dire ... ma ci sarà occasione.

Ciao
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Messaggioda nico » 10 ago 2015, 19:39

Sono tutto orecchi... o meglio occhi... ;-)

Perspnalmente leggere le esperienze ed i dettagli delle tecniche osservative ripoetati da esperti come te o Paolo, o altri qui sul forum è un enorme stimolo. ;-)
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Messaggioda Paolo » 12 ago 2015, 1:36

Grazie per le precise risposte Lorenzo! E' tutto molto interessante. Ho visto da qualche effemeride che l'asteroide 2455 Somville raggiunge al meglio la mag 15 e mediamente si mantiene piu' debole. Fa piacere sapere che con queste magnitudini si possono fare osservazioni scientificamente utili anche sotto un cielo cittadino. L'inversione delle curve di luce e' davvero un metodo potentissimo, un argomento sicuramente da approfondire...

Mi resta un dubbio per cio' che riguarda le stelle di confronto. Immagino che siano nello stesso campo dell'asteroide per poter fare la fotometria differenziale. Cosa succede se non ci sono? Ad esempio, considerando di restringere la selezione per quelle di tipo solare, puo' darsi che non siano presenti in un campo di ripresa non tanto grande. Se non ricordo male, le stelle osservate lontano dal target devono essere trattate opportunamente (trasformazioni per compensare l'effetto di assorbimento atmosferico), con il grande problema di osservare sotto un cielo "fotometrico" (abbastanza raro, almeno dalle mie parti).

Faccio queste domande di carattere pratico perche', al di la' della capacita' di fare una buona modellazione 3d (si tratta probabilmente di un lavoro piu' consono a voi astronomi), penso che gli astrofili potrebbero contribuire almeno con nuove osservazioni. Senza contare poi il fascino del solo poter rilevare le variazioni periodiche di luce per la rotazione di corpi dalla forma piu' stravagante...

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Messaggioda LFranco » 12 ago 2015, 9:15

Paolo ha scritto:Mi resta un dubbio per cio' che riguarda le stelle di confronto. Immagino che siano nello stesso campo dell'asteroide per poter fare la fotometria differenziale. Cosa succede se non ci sono? Ad esempio, considerando di restringere la selezione per quelle di tipo solare, puo' darsi che non siano presenti in un campo di ripresa non tanto grande. Se non ricordo male, le stelle osservate lontano dal target devono essere trattate opportunamente (trasformazioni per compensare l'effetto di assorbimento atmosferico), con il grande problema di osservare sotto un cielo "fotometrico" (abbastanza raro, almeno dalle mie parti).

Io ho un campo di ripresa di meno di 1/2 grado e quasi sempre ho trovato delle stelle di confronto di tipo solare. Nel malaugurato caso non ci fossero si può ripiegare su stelle di tipo diverso, naturalmente questo comporta degli effetti negativi specialmente quando l'oggetto è basso e quando non si usano i filtri fotometrici. Per quanto riguarda la fotometria AllSky alla quale fai riferimento ... le cose diventano tremendamente più complicate ... occorre calcolare i coefficienti di trasformazione ed i coefficienti di estinzione attraverso i campi standard standard di Landolt e servono delle notti stabili e trasparenti (cosa abbastanza rara per i nostri siti osservativi).

Paolo ha scritto:penso che gli astrofili potrebbero contribuire almeno con nuove osservazioni. Senza contare poi il fascino del solo poter rilevare le variazioni periodiche di luce per la rotazione di corpi dalla forma piu' stravagante...

Le osservazioni sono le benvenute, pensa che la curva di luce di un asteroide riserva notevoli sorprese sia sul periodo (da poche ore a numerosi giorni) e sia per il suo aspetto con ampiezze e forme sempre diverse, anche se l'aspetto prevalente è quello bimodale (due massimi e due minimi per ciclo).

Ciao
Lorenzo Franco
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Messaggioda Paolo » 12 ago 2015, 11:11

Grazie mille Lorenzo! Che dire... il tuo e' un accattivante invito all'osservazione dei corpi minori!

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Messaggioda Fab » 19 dic 2016, 15:47

Ciao.
Non ho ben compreso la necessità l'uso di filtri interferenziali nelle riprese fotometriche degli asteroidi....qualcuno sa spiegrami a cosa servono ?
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Messaggioda LFranco » 21 dic 2016, 14:15

Ciao Fabrizio,
le misure fotometriche di stelle, asteroidi per essere confrontabili con altre misure, fatte da altri osservatori devono essere conformi ad un sistema condiviso, il sistema fotometrico standard per l'appunto. I filtri fotometrici (U, B, V, Rc, Ic) filtrano la luce secondo lo standard fotometrico Johnson – Cousins, utilizzato da professionisti ed astrofili.
Dire che una stella, misurata con il telescopio ed una camera CCD, è di 12.3 mag ha poco senso se non si dice anche rispetto a quale standard fotometrico questa misura è stata fatta.
E' un pò come dire che un sasso pesa 15.3 ma non si dice se sono chilogrammi, grammi, libbre, once.
Saluti
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Messaggioda Fab » 21 dic 2016, 14:30

Ciao Lorenzo.
E grazie per aver risposto.
Avevo compreso il motivo per cui vengono utilizzati nella fotometria d'apertura
delle stelle dopo aver letto l'ottimo "Introduzione alla Fotometria Astronomica CCD" di W.Romanishin da te consigliato.
Siccome il mio interesse si sta orientando verso la fotometria degli asteroidi
mi chiedevo se per questo tipo di analisi sia importante, proprio utilizzare
delle misure effettuate secondo determinati standard,l'uso di filtri del tipo
usato per la fotometria di target stellari.
Nei vari siti che parlano di questa attività non se ne parla molto, al contrario
di chi fa fotometria stellare dove sono ben evidenziati i tipi di filtri
utilizzati per i motivi da te illustrati.

FC
Fab
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Messaggioda LFranco » 21 dic 2016, 22:47

Ciao Fabrizio,
per gli asteroidi di solito si utilizza il filtro R.
Ad ogni modo per asteroidi deboli si fanno (spesso) osservazioni senza alcun filtro fotometrico (clear), avendo cura di utilizzare stelle di confronto di tipo solare (stesso indice di colore degli asteroidi). Questo accorgimento ci evita gli effetti indesiderati della variazione di luminosità differenziale al variare della massa d'aria. Sperimentiamo tutti che all'orizzonte le lunghezza d'onda del blu sono molto attenuate. In sintesi quindi per gli asteroidi è possibile fare fotometria senza filtri ma occorre porre molta attenzione a quello che si sta facendo. Ad esempio se si collabora con altri osservatori o si osserva un asteroide per lunghi periodi è difficile (a volte) capire l'andamento della curva di luce e quindi determinare il periodo di rotazione. Avere un solido ancoraggio alle magnitudini standard aiuta enormemente l'analisi e rende più facile combinare le osservazioni acquisite da diversi siti osservativi/osservatori.

Saluti
Lorenzo Franco
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