Osservatorio Astronomico Valle del Seveso

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1 Osservatorio Astronomico Valle del Seveso Attività didattica per scuole Medie e Superiori. Responsabile Didattica : Stefano Mandelli Osservatorio Astronomico Città di Seveso Via dei Castagni 1 Seveso - MB Mercoledì Venerdì Venerdì Venerdì

2 Benvenuti all osservatorio!! Un caloroso saluto a tutti i ragazzi che hanno deciso di partecipare a questi incontri pomeridiani e serali presso il nostro osservatorio. Noi del circolo astrofili, in collaborazione con i vostri Professori, vi condurremo in un percorso introduttivo all astronomia e all astrofisica. Vi saranno esposte e commentate tantissime informazioni sui lavori che vengono svolti in UN VERO osservatorio astronomico. Chissà quanti di voi si saranno chiesti qual è il vero lavoro dell astronomo e cosa si fa in un osservatorio astronomico. Per chiarire questi dubbi, cercheremo di coinvolgervi direttamente in un progetto appositamente studiato per voi per farvi imparare ad elaborare immagini come questa!!!!! Bella vero? Scommetto che nessuno di voi avrebbe mai pensato che nella volta celeste si possono osservare oggetti tanto belli! Negli ultimi anni, il lavoro fotografico dell astronomo si è reso sempre più complicato a causa di un grave problema che interessa tutti i cieli delle zone con alta densità di popolazione, si tratta dell inquinamento luminoso. L immagine precedente rappresenta una galassia, la sua luminosità è debolissima quindi per poterla osservare, non ci devono essere fonti di luci estranee. Le luci della città, i lampioni stradali ecc ecc ecc.. accecano i nostri telescopi proprio come quando il sole acceca i vostri occhi quando lo guardate. Un esempio del grave effetto 1

3 che viene provocato dall inquinamento luminoso lo si vede in questa immagine: Come potete vedere le luci della città schiariscono il cielo tanto che, pur essendo notte fonda, nella zona di massimo inquinamento luminoso sembra quasi un cielo al tramonto!!!!! L Osservatorio Astronomico Città di Seveso, ha la fortuna di essere ospitato all interno dell incantevole parco del Percorso Vita di Seveso-Altopiano. In questo luogo, le luci della città sono leggermente schermate e nelle notti serene e terse riusciamo ad avere un buonissimo cielo sotto il quale osservare. 1 I Lavori che si fanno in Osservatorio In osservatorio si fanno moltissimi lavori interessanti. In particolar modo possiamo dividerli in due Categorie Principali: i) Lavori Fotografici; ii) Lavori Scientifici; Lavori fotografici: riguardano tutti quei lavori adibiti alla ripresa di immagini artistiche particolarmente belle. Nel nostro cielo ci sono oggetti bellissimi dalle svariate sfumature di colore e dagli intriganti giochi di forme. Un lavoro particolarmente interessante è cercare di riprendere questi oggetti tenendo fede, al massimo possibile, del loro reale colore e cercare di aumentare sempre di più la definizione con cui riusciamo a cogliere i particolari nella forma. Un esempio è dato da questa foto: 2

4 Premoli Davide - Mandelli Stefano / Febbraio 2009 Questa è una bellissima immagine fatta dall osservatorio di Seveso. Il soggetto in questione è M42 una bellissima nebulosa nella costellazione di Orione. Come avete potuto notare l immagine è a colori reali, sintetizzati con una tecnica particolare. Un altro esempio: Mandelli Stefano / Febbraio 2009 questa foto rappresenta Giove, uno dei pianeti del nostro sistema solare. 3

5 Lavori scientifici: L Osservatorio Astronomico Città di Seveso, oltre a produrre foto belle dal punto di vista artistico è impegnato in numerossissimi progetti di ricerca scientifica che riguardano: controllo e ricerca di asteroidi, Controllo di oggetti variabili come variabili Cepheidi o binarie ad eclisse e in più contribiusce in modo sensibile alla ricerca dei pianeti extrasolari nella banda del visibile. La ricerca di pianeti extrasolari è molto interessante perchè riguarda l analisi di quelle stelle simili al nostro sole che hanno un loro sistema planetario. 2 Come si compongono le immagini astronomiche? Le immagini sono il frutto di tecniche particolari di riduzione fotografica. In questo laboratorio di astronomia abbiamo pensato di coinvolgervi nell osservazione e nella successiva rielaborazione per ottrenere immagini più o meno come quelle appena presentate. Di sera, in osservatorio si monterà il telescopio e si punterà un oggetto stabilito. Verranno scaricate una serie di immagini. Sul posto uno dei responsabili dell osservatorio elaborerà in diretta le immagini per arrivare al risultato finale spiegandovi con cura tutti i vari passaggi. Successivamente con una pennina USB (mi raccomando ricordatevi di portarla!!! Altrimenti non riuscite a portare a casa il lavoro. Al limite fatevela prestare da un vostro amico o compagno di classe) voi porterete a casa le immagini e sarà compito vostro, rielaborarle con le metodologie che vi sono state esposte per ottenere l immagine finale. Qui di seguito diamo alcune nozioni di base per l uso di un SOFTWARE molto importante che si trova libero in commercio. Il suo nome è IRIS e lo si può scaricare gratuitamente da questo sito web: Questo software essendo di ottima fattura, viene usato anche sui computer dell osservatorio per effettuare la composizone delle immagini e il pretrattamento. Di seguito ci saranno una serie di informazioni sul software che vi aiuteranno a: i) Aprire in modo corretto le immagini; ii) Effettuare un primo trattamento; 4

6 iii) Sottrarre i difetti; iv) Composizione dell immagine finale; i) Aprire in modo corretto le immagini Le immagini sono in formato.fit ed è corretto che siano così. I normali software di analisi fotografica a cui siete abituati (Photoshop ecc...) non sono in grado di leggere questo formato. Solo con IRIS potrete aprire immagini di questo formato. In questo caso avrete una serie di mmagini dello stesso oggetto (il perchè vi verrà poi spiegato). Le immagini vanno rinominate e messe in seguenza. Quindi dopo aver settato in modo corretto la directory di lavoro di IRIS scegliere FILE > Select File. Vi si aprirà una finestrella. Trascinate dentro la finestrella le immagini tutte dello stesso oggetto che volete rinominare. Nella casellina in basso mettete il nome della sequenza. Vi consiglio di mettere una lettera tipo a in questo modo lui rinominerà la sequenza con un nome semplice nel seguente modo: a1, a2, a3, a4 5

7 ii) Effettuare una prima elaborazione Una prima elaborazione dellle immagini è dedicata alla rimozione dei difetti e degli artefatti che sono tipici e sistematici di ogni foto. I disturbi che alterano le nostre immagini sono causati da: Rumore di fondo nella lettura del segnale, meglio noto come - Corrente di DARK ; Disomogeneità e gradienti di luce nel campo o in termine tecnico Flat Field. Il rumore di fondo è causato dalle correnti parassite che si vengono a creare all interno della nostra Fotocamera. Infatti Il computer legge (e poi ripropone come immagine) un segnale sotto forma di corrente elettrica! I fotoni provenienti dal nostro oggetto interagiscono col sensore liberando nel suo strato di conduzione un numero proporzionale di elettroni. Per questioni legate ai materiali che compongono il sensore della fotocamera, è presente sempre un rumore causato da questi elettroni liberi che in media è costante in funzione alla temperatura. Più la temperatura è alta più l effetto è visibile. Questo fenomeno dev essere corretto con il DARK FRAME. Questa immagine mappa come è distribuito il rumore elettrico nella nostra posa astronomica. Quindi una volta che sappiamo questo possiamo semplicemente sottrarre dall immagine astronomica l immagine di Dark e quindi ottenere quella finale senza rumore di disturbo. 6

8 IRIS ha un comando apposta che permette di sottrarre ad una sequenza di imamgini lo stesso dark Frame che è il seguente: Digital Photo >Remove Dark Completate la casella con il nome della sequenza e il nome del vostro DARK in questo modo il software vi SOTTRARRA automaticamente da ogni immagine il suo disturbo dato dalla corrente di BUIO. Per quanto riguarda il Flat Field la tecnica con cui si costruisce questa immagine di calibrazione è più complciata. Come detto in precedenza questa immagine deve mappare tutte le disomogeneità della nostra immagine astronomica. Quindi per far ciò dobbiamo fotografare una superificie che noi sappiamo essere ILLUMINATA IN MODO OMOGENEO 1. Se la superficie è omogenea tutte le irregolarità che vedremo nella nostra fotografia saranno causate da 1 La preparazione di una sorgente omogenea di luce da riprendere per costruire il Flat Field è un operazione molto complessa. La minima disomogeneità di luce indrodurrebbe degli errori sistemaci rilevanti che altererebbero la qualità delle immagini di calibrazione, questo si ripercuoterebbe sul fatto che gli errori non vengono corretti ma accentuati degradando in modo inesorabile al posa astronomica. Solimtamente si illumina in modo omogneo una superficie bianca, oppure si riprenede il cielo o all alba o al tramonto 7

9 2 dusturbi, il il DARK FRAME e i difetti ottici. Tramite la tecnica descritta in precedenza eliminiamo da ogni FLAT il suo dark, quindi sottraendo il RUMORE l immagine che resta indica le disomogeneità del campo causate dai SOLI difetti ottici del nostro telescopio. In questo modo sapendo come sono distribuiti questi difetti possiamo facilmente correggerli: Si sottrae da ogni FLAT il suo DARK, e poi i FLAT corretti dal rumore elettronico vanno mediati tra loro in questo modo: 2 da terminale dare la seguente riga di comando: add_norm flat 10 dove questo è un esempio. In generale il comando è: add_norm [nome] [numero] [nome]=nome della sequenza immagini; [numero] = numero totale delle immagini in sequenza; Alla fine dell operazione vi verrà dato in output un coefficiente k (0, 1]. Voi dovrete dividere l immagine somma per [numero] K quindi se alla fine del comando vi viene dato un k = 0.5 e le vostre immagini sono 10 l immagine somma va divisa per 5 2 Mediare 10 flat è meglio che usarne 1 solo in quato si mette in risalto la componente sistematica eliminado fluttuazioni legate ad altri effetti che non sono direttamente collegati con i difetti ottici 8

10 iii) Eliminare i difetti L operazione più complessa è stata ormai fatta e riguarda creare dei buoni Dark e dei buoni Flat Field con cui correggere le nostre immagini astronomiche. Avendo già costruito le nostre pose di calibrazione dobbiamo sottrarre dall immagine astronomica il dark e poi correggere col flat. questo lo si fa banalmente in questo modo: Rimozione del dark da una serie di immagini: Digital Photo >Remove Dark Correzione col Flat di una serie di immagini: Digital Photo >Divide by a flat field In questo modo abbiamo le varie immagini astronomiche corrette. Successivamente le immagini della sequenza relativa allo stesso oggetto vanno MEDIATE, quindi ALLINEATE, SOMMATE e poi divise per un adeguato coeffieciente: Allineamento di una serie di immagini: Processing >Planetary registration (1) (al posto di 256 inserire il valore 512) Somma di una serie di immagini: da terminale lanciare il comando add_norm [nome] [numero] vi sommerà tutte le foto e vi darà in output un coefficiente; K Dividere per un adeguato coefficiente l immagine somma: Processing >Divide come valore mettere K [numero] 9

11 Con questo avete creato una vostra immagine astronomica, calibrata, in BIANCO E NERO iv) Composizione dell immagine finale a colori Come detto all inizio di questa dispensa, lo scopo principale è quello di fare immagini tali che rispecchino nel migliore dei modi COLO- RE e DEFINIZIONE NEI PARTICOLARI del nostro target. Col processo presentato nei 3 punti precedenti si ottengono immagini in bianco e nero, quindi ora dobbiamo presentare la tecnica per sintetizzare il colore del nostro oggetto inquadrato. La ripresa avviene in 3 canali R G B. Il telescopio osserva il nostro oggetto facendo prima una serie di foto con un filtro BLU, successivamente con un filtro VERDE e infine con un filtro ROSSO. Combinando il contributo di luce in queste 3 bande di segnale possiamo sintetizzare il colore, questa tecnica è detta TRICROMIA. Il processo si articola in questo modo: Si creano le 3 foto, ROSSA, VERDE e BLU. Dovete pensare che ad ogni canale è associata una sequenza di immagini fatte con lo stesso filtro, quindi per ottenere le 3 immagini da usare per la tricromia non dovete far altro che applicare 3 volte i 3 passaggi precedenti alle 3 sequenze differenti di immagini (alla sequenza rossa, blu e verde); Una volta costruiti i tre canali vanno RICOMPOSTI per dare l immagine a colori. Questo lo si fa nel seguente modo: View >(L)RGB 10

12 nella casella RED mettete il nome con cui avete salvato l immagine rossa e così allo stesso modo per il verde ed il blu. Le tre immagini R G e B potrebbero non essere allineate, quindi usare i 4 tastini direzionali (impostando uno STEP diverso da zero) per allinearli tutti. E sovente che alcuni canali siano più luminosi di altri, quindi come ultimo passaggio bisogna bilanciare i colori e la loro saturazione con i seguenti comandi: View >white belance adjustament; View >Gamma adjustament; View >Saturation adustament; View >Contrast adustament; 11

13 Con questi 4 comandi fate in modo che il fondo cielo appaia NERO e poi sfumate a piacere fino a raggiungere il risultato che più vi piace. Con buona probabilità l immagine finale non sarà ben bilanciata dal punto di vista del contrasto e della luminosità quindi bisogna agire sul parametro di Threshold. Per fare questo agite modificando i livelli della barra di contrasto che è rappresentata qui di seguito: Se la barra non è visibile attivarla cliccando sul quarto pulsante a partire da sinistra. 3 Note aggiuntive Gli oggetti fotografati potrebbero avere delle zone molto più luminose. Per mettere in risalto i dettagli delle componenti luminose 12

14 senza perdere dettaglio sulle zone deboli si usa il comando di Streching. File >Dynamic Streching File >Color Streching questo comando è più aggressivo del precedente quindi un uso improprio potrebbe far degradare l immagine. 4 Conclusione Per finire vi dico di non preoccuparvi se da una prima lettura vi appare tutto un po oscuro. In osservatorio ci saranno delle persone che vi spiegheranno in modo approfondito tutto sull argomento. Siete invitati ad iniziare a scaricare il programma e provare a capire da soli il suo funzionamento basilare. E un software molto semplice quindi non troverete alcuna difficoltà. Qui abbiamo presentato solo una piccola parte di un lavoro fotografico. Ma per chi fosse interessato ad approfondire anche le tematiche di ricerca scientifica e magari collaborare con l osservatorio iscrivendosi al circolo astrofili che lo gestisce può contattare: Carla Collico: miotti.sergio@fastwebnet.it Massimo Banfi: maxbanfi@fastwebnet.it Stefano Mandelli: lang_algebra@libero.it 13