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Giovedì 26 Maggio 2011 18:12

Spettroscopia astronomica amatoriale. Cosa osservare?

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La spettroscopia, se escludiamo alcuni esperimenti pionieristici con le emulsioni, si e' aperta ai non professionisti da pochissimo tempo e si puo' dire che gran parte del merito va alle moderne camere digitali, potentissimi mezzi per registrare e controllare immediatamente i risultati che hanno semplificato notevolmente le procedure operative. La crescente diffusione di questa pratica fra gli amatori e la commercializzazione di varie tipologie di strumenti ne sono la conferma. Aggiungerei senza rischio di smentite che un altro fondamentale contributo e' dato dalla possibilita' di trovare (e scambiare) informazioni per mezzo della rete Internet.

Una premessa. Mi considero un principiante in questo campo e quanto scrivo di seguito e’ frutto della breve ma intensa esperienza in questo nuovo ed affascinante mondo. Fare spettroscopia oggi, con strumenti e metodi alla portata dell’astrofilo, e’ realmente possibile e divertente. Lo sottolineo perche’ non e' infrequente che l'astrofilo abbia un approccio poco amichevole con la spettroscopia. Spesso si identifica la spettroscopia amatoriale con un'attivita' di "ricerca scientifica". E' una parola davvero troppo grossa... Come per altre pratiche, come ad esempio la fotometria o l'astrometria, a mio avviso puo' avvicinarvisi o meno. Raggiungere una precisione di risultati cosi' elevata da permettere al nostro lavoro di essere considerato un contributo valido anche per i professionisti e' senz'altro fonte di soddisfazione e deve rappresentare una naturale evoluzione del nostro modo di operare. Ma non vedrei solo questa condizione per ottenere gratificazioni. Noi siamo appassionati e come tali amiamo fare esperimenti e verificare i risultati. Non siamo forse soddisfatti quando otteniamo una buona fotografia astronomica prodotta con i nostri mezzi? Grazie al web potremmo facilmente reperire, per ogni nostro potenziale target, innumerevoli fotografie di qualita' superlativa. Ma non vogliamo questo, ci interessa piuttosto verificare il "dato astronomico" facendo uso delle sole nostre capacita', anche fossero modeste.

In quest'ottica posso avere enormi soddisfazioni nel riuscire a tracciare una curva di luce di una stella variabile o di un asteroide, ricavando il periodo di rotazione, anche se la precisione delle mie misure non e' elevatissima. Stessa soddisfazione nell’osservare lo sdoppiamento periodico di una riga su uno spettro di una binaria senza aver completato tutte le calibrazioni piu' complesse o nel riconoscere una nova fra un gruppo di stelle con una veloce occhiata allo spettro grezzo prodotto con un semplice reticolo a diffrazione. Soprattutto da un punto di vista didattico, ci sono moltissime esperienze interessanti per le quali non e' richiesta la "perfezione dei dati”. In molti casi e' facile ottenere una precisione sufficiente allo scopo senza mettere in atto complesse procedure di esecuzione ed elaborazione dei dati. Merito naturalmente delle moderne apparecchiature e dei software disponibili.

Bisogna considerare anche che, diversamente da altre attivita’ che prevedono l’utilizzo di riprese astronomiche, molti lavori di spettroscopia sono relativamente insensibili allo stato del fondo cielo (trasparenza, inquinamento luminoso, Luna, ecc) e alla turbolenza atmosferica, caratteristica che consente di operare con successo senza la necessita’ di spostarsi in localita’ remote o attendere le condizioni atmosferiche perfette.

Il web, una fantastica libreria sempre aggiornata!

Per quanto riguarda le fonti sul web e' abbastanza scontato che chi conosce altre lingue oltre l'italiano e' enormemente avvantaggiato. Ad esempio moltissima spettroscopia amatoriale parla francese. Questo grazie al contributo di un gruppo di amatori (che sono tra l'altro collegati alle attivita’ di professionisti) tra cui spicca il famoso Cristian Buil (l'autore del software IRIS, molto usato dagli astrofili). L'evoluzione di questo gruppo e' culminata con la realizzazione e la relativa commercializzazione di una serie di spettroscopi e con la creazione e gestione di un robusto sistema collettore di dati osservativi, nonche' con la pubblicazione sul web di una grande mole di documenti a carattere pratico, preziosi per chi inizia.

Purtroppo la letteratura cartacea in lingua italiana e' assai carente nel settore della spettroscopia amatoriale. Probabilmente puo' sfuggirmi qualcosa ma non ricordo di aver visto libri per astrofili se escludiamo un breve capitolo (comunque accattivante nonostante la sua compattezza) del libro di M. Mobberley, “L'astrofilo Moderno”. Volendo rimanere con la madre lingua ci si deve rivolgere a testi universitari di Chimica e Fisica cercando di non perdersi negli approfondimenti e nei dettagli per noi sicuramente eccessivi. Auspichiamo che vengano al piu' presto tradotti nella nostra lingua almeno due libri molto interessanti, “Spectroscopy: The Key to the Stars “ di Keith Robinson e “Astronomical Spectroscopy for Amateurs” di Ken M. Harrison, quest'ultimo di recente pubblicazione.

Ad ogni modo diversi amatori italiani hanno realizzato siti dedicati alla spettroscopia, variegando gli argomenti dalla storia alla teoria di base, dalla costruzione degli strumenti al loro utilizzo. L’analisi pratica dei dati e la relativa interpretazione appare essere trattata un po’ meno rispetto alla teoria ed alla costruzione degli strumenti, soprattutto nell'ambito della spettroscopia stellare. Credo sia abbastanza normale e che si tratti di una conseguenza del fatto che la disponibilita' dei potenti sensori digitali e' relativamente recente e il limite sulla complessita' degli studi amatoriali non e' ancora ben definito.

La spettroscopia in pratica

L'astrofilo che si avvicina alla spettroscopia astronomica in generale si trovera' di fronte alcune problematiche riguardanti la scelta dello strumento ed il suo utilizzo che possiamo sintetizzare come segue:

Scelta dello strumento:

> Potere risolvente dello spettroscopio 
> Costruire o acquistare

Utilizzo:

> Soggetti accessibili per lo studio
> Tecniche di ripresa
> Tecniche di elaborazione
> Interpretazione gli spettri

Senza entrare nei dettagli, per la scelta dello strumento (da acquistare o da costruire) e' bene sapere che la risoluzione spettrale e la magnitudine limite dei target sono due parametri legati fra loro in maniera inversamente proporzionale. Due strumenti, magari entrambi di ottima fattura ma caratterizzati da una risoluzione spettrale assai diversa, hanno un differente campo d'azione. Con uno si ottengono spettri molto raffinati di un numero limitato di stelle piu' luminose, con l'altro spettri meno risoluti ma con un potenziale di target osservabili enormemente piu' grande. Il caso limite e' il semplice reticolo a diffrazione con basso numero di linee per millimetro (100-200) con cui si riescono ad apprezzare alcune macro-caratteristiche spettrali di oggetti debolissimi, per la loro scarsa luminosita' ben al di sotto delle capacita' degli spettroscopi piu' sofisticati. Il motivo e' abbastanza ovvio se si pensa che gli strumenti ad alta risoluzione devono necessariamente “distendere" lo spettro in un'area molto piu' ampia e cio' si traduce in una forte diminuzione di luminosita' per unita' di superficie sul piano focale in cui viene collocato il sensore. Viene in aiuto la possibilita' di intercambiare il cuore dello spettroscopio, ovvero il reticolo diffrattivo, con modelli a diverso numero di tratti per millimetro. In questo modo lo stesso strumento e' in grado di operare, entro certi limiti, a risoluzioni differenti allargando le possibilita' di studio.

L'accessibilita' dei target quindi e' strettamente correlata al tipo di strumento. Allo stesso modo le tecniche di ripresa ed elaborazione sono abbastanza diverse a seconda che si tratti di un reticolo interposto sul cammino ottico oppure di uno spettroscopio vero e proprio. Anche per quest'ultimo ci sono alcune differenze minori in caso si lavori su ampi spettri a bassa risoluzione oppure se si studiano specifiche righe in piccole regioni spettrali. Gli spettri grezzi registrati dalla camera CCD (immagini bidimensionali) forniscono molte piu’ informazioni quando sono trattati opportunamente. Per questo scopo ci vengono in aiuto diversi software specializzati che facilitano notevolmente l'elaborazione restituendo il profilo calibrato in lunghezza d'onda e in intensita’ su cui e' possibile fare svariati tipi di misurazioni.

L'interpretazione degli spettri e' la parte piu' affascinante. E' collocata alla fine della catena osservativa ma in realta' rappresenta il punto di partenza dell'attivita' spettroscopica. Strumento e target vengono scelti proprio sulla base di cio' che ci aspettiamo dai dati osservativi. Infatti, volendo studiare la dinamica di sistemi binari mediante effetto Doppler bisognera' utilizzare uno spettroscopio ad alta risoluzione tenendo in mente che la magnitudine limite non potra' essere molto spinta mentre l'appassionato di comete dovra' servirsi di uno spettroscopio a bassa risoluzione avendo la necessita’ di osservare oggetti diffusi spesso caratterizzati da una scarsa luminosita' superficiale. Nel mezzo naturalmente ci sono una moltitudine di oggetti da studiare. E' quindi importante acquisire quel minimo di conoscenze per poter valutare le caratteristiche degli spettri che si andranno a riprendere e di conseguenza scegliere correttamente lo strumento.

Per molti soggetti le caratteristiche spettrali sono pressoche' stabili nel tempo, nel senso che non vedremo cambiare i loro spettri prendendoli anche a distanza di anni. Possono essere svolti interessanti studi, con finalita' soprattutto didattiche, come la stima delle velocita' di recessione delle galassie e dei quasar, la classificazione spettrale e la stima della temperatura superficiale delle stelle, l'analisi degli spettri di stelle peculiari e molto altro ancora. Anche se appare tutto fermo sappiamo che ogni stella e' osservata mentre si trova in un particolare momento della sua esistenza e la possibilita' di studiarne un grande numero ha permesso, mediante statistica, di conoscere il loro profilo evolutivo senza aspettare miliardi di anni (con il diagramma di Hertzsprung-Russell).

Ci sono invece parecchi soggetti il cui spettro e' "vivo". Ovvero riusciamo a rilevare differenze nei profili spettrali presi a breve distanza di tempo anche con strumentazione amatoriale. Tra questi deve essere fatta una basilare distinzione tra variazioni causate dal moto periodico di sistemi composti da stelle relativamente stabili per effetto Doppler e variazioni dovute invece a meccanismi intrinseci in grado di modificarne l’attivita’, di produrre dischi e gusci di gas attorno alle stelle, getti di materia, trasferimenti di massa, incrementi di energia emessa fino a vere e proprie esplosioni cataclismiche. Sebbene siano interessanti anche le stelle “normali” o le dinamiche di sistemi binari stabili, probabilmente si resta maggiormente affascinati dal comportamento dei corpi celesti in “rapida” evoluzione. Per molti di essi i meccanismi che governano l'emissione di energia luminosa nelle varie componenti spettrali non sono oggi del tutto compresi. E' significativo quindi tenere sotto controllo il piu' alto numero possibile di oggetti in maniera sistematica. Contrariamente a quanto si puo' pensare un lavoro di questo tipo e' alla portata di tutti gli astrofili e puo' essere realmente considerato utile anche per i professionisti. Ne e’ la conferma il fatto che sono stati creati database sul web in cui confluiscono i contributi sia dei professionisti che degli astrofili. Naturalmente in questo caso e’ richiesto un minimo di rigore nel trattamento degli spettri, ma nulla di particolarmente complicato per l’amatore. In ogni caso puo’ rivelarsi utilissima anche la semplice segnalazione di un cambiamento nello spettro di una stella ad indicare l’approssimarsi di un possibile outburst dopo una fase di stabilita’. L’indagine spettroscopica e’ molto potente. Per questi soggetti, ad una piccola variazione rilevata a livello fotometrico corrisponde di solito una enorme variazione a livello spettroscopico. Ad esempio durante la fase di outburst lo spettro di una stella mostra righe di emissione (ma anche di assorbimento) caratteristiche, anche del tutto nuove rispetto alla fase di quiescenza, una specie di firma che ci permette di riconoscere e classificare l’evento.

Target spettroscopici

Questa sezione e’ basata quasi integralmente sulle risorse disponibili sul web. L’intenzione e’ quella di raggruppare i diversi target spettroscopici e le attivita’ per categoria. E’ fornita l’indicazione sui limiti di osservabilita’ ed una descrizione molto sintetica. Per gli approfondimenti si rimanda alla letteratura scientifica. Sono comunque riportati alcuni links a pagine web che trattano l’argomento in maniera piu’ dettagliata. Altre informazioni di carattere pratico riguardano la reperibilita’ di informazioni utili alla ricerca del soggetto nel cielo (liste dei target con coordinate ed altre informazioni rilevanti).

L’insieme delle categorie e degli oggetti di seguito descritti naturalmente non e’ da considerare esaustivo. I soggetti spettroscopici sono estremamente variegati e complessi e, soprattutto, lo scrivente ha ancora molto da imparare nel mondo della spettroscopia astronomica! Si spera di poter migliorare il lavoro nel corso del tempo.

Per accedere alla sezione dei target spettroscopici utilizzare il link qui sotto. A fine sezione e’ riportata una rassegna dei principali strumenti attualmente in commercio ed i link ad alcuni software per l’elaborazione degli spettri ed alle liste di discussione che trattano il tema della spettroscopia amatoriale.

> TARGET SPETTROSCOPICI <

Last modified on Sabato 15 Ottobre 2016 13:43

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