PROGETTO PER IL RECUPERO E LA INSTALLAZIONE DELLA EX STAZIONE ASTRONOMICA DI POGGIO AL VENTO PRESSO IL LICEO SCIENTIFICO G.GALILEI NEL COMUNE DI SIENA

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1 PROGETTO PER IL RECUPERO E LA INSTALLAZIONE DELLA EX STAZIONE ASTRONOMICA DI POGGIO AL VENTO PRESSO IL LICEO SCIENTIFICO G.GALILEI NEL COMUNE DI SIENA A cura di: Prof. Sergio Valentini Prof. Francesco Parigi Dott. Geol. Giuseppe Paolo Acquaviva

2 INDICE Premessa 1) Descrizione della struttura e relativi dati tecnici 2) Descrizione del sito individuato per l installazione 3) Progetto per l installazione dell Osservatorio 4) Descrizione degli interventi necessari al ripristino della completa operatività del telescopio 4.1) Componente meccanica 4.1.1) Strumentazione elettro-meccanica sostitutiva sulla montatura a forcella 4.1.2) Accessori meccanici ed elettromeccanici aggiuntivi-sostitutivi su tubo ottico 4.2) Componente ottica 4.2.1) Strumentazione ottica aggiuntiva-sostitutiva per osservazione visuale 4.2.2) Strumentazione ottica e digitale raccomandata per la ripresa astronomica 5) Progetto per l utilizzo del nuovo osservatorio astronomico Allegato 1) Lista strumentazione tecnica da acquistare

3 Premessa L Osservatorio astronomico, meteorologico e sismologico dei Cappuccini di Poggio al Vento a Siena è stato per decenni una stazione attiva nel monitoraggio meteorologico e sismologico. Negli anni 90 fu inaugurato una nuova stazione astronomica, grazie all appassionato lavoro di ricerca condotto dal direttore dell Osservatorio Padre Vittorio Benucci. Con tale strumentazione fu iniziata un intensa attività didattica promossa da Padre Vittorio e di cui hanno fruito studenti provenienti dalle scuole superiori di Siena e provincia e la cittadinanza senese. In anni in cui le comunicazioni e le informazioni ancora non viaggiavano su internet e non erano fruibili rapidamente come oggi, l Osservatorio di Poggio al Vento ha rappresentato per il territorio senese un punto di riferimento importante nell ambito della meteorologia, della sismologia e dell astronomia. Sebbene siano oggi disponibili sofisticati apparecchiature elettroniche computerizzate su stazioni fisse e orbitanti, un telescopio ancora potente per lo standard corrente può contribuire a: a) aumentare le conoscenze sia degli studenti, degli astrofili o di semplici cittadini; b) stimolare l interesse dei giovani verso le discipline scientifiche e in particolare per l astronomia e l astrofisica; c) fornire occasione di provocare incantato stupore nell osservazione personale del profondo cielo. Tali finalità sono alla base del progetto lanciato dal Liceo Scientifico G. Galilei per il recupero e la valorizzazione della struttura astronomica di Poggio al Vento. La presente relazione è stata redatta usando un linguaggio tecnico estremamente semplice in modo tale da essere compreso da tutti ed in particolare da personale docente anche con una preparazione non scientifica, o da funzionari dell Amministrazione Provinciale interessati al progetto in esame.

4 1) Descrizione della struttura e relativi dati tecnici Da un punto di vista generale l Osservatorio astronomico di Poggio al Vento è rappresentato essenzialmente da tre elementi distinti: 1) il telescopio, costituito dall insieme di tubo ottico + montatura; 2) un telescopio guida posto in parallelo al tubo principale; 3) l Osservatorio in senso stretto inteso come struttura protettiva del telescopio. Tutto il sistema è una produzione della ditta GAMBATO. Il telescopio è un modello semi-professionale dotato di massiccia montatura equatoriale a forcella del peso di alcune centinaia di chilogrammi, motorizzata in entrambi gli assi di ascensione retta e declinazione. Le dimensioni della montatura permettono a essa di sostenere un discreto carico, rappresentato dal tubo ottico principale e dal sistema ottico di guida. L ottica principale è un sistema Newton-Cassegrain del diametro di 400 mm F/9 adatto all osservazione e alla fotografia di oggetti luminosi come la Luna e i pianeti, ma anche di oggetti deboli del Sistema Solare (ad esempio asteroidi e comete), o del profondo cielo, sia di natura galattica (stelle, ammassi stellari, nebulose, ecc.) che extragalattica (essenzialmente galassie e supernovae). Il tubo ottico di guida montato sull ottica principale è un grosso rifrattore acromatico del diametro di 130 mm, sfruttabile sia come sistema di guida durante le riprese fotografiche, sia come strumento di osservazione (e di fotografia) di corpi molto luminosi come la Luna, i pianeti e, se in combinazione con un filtro solare, del Sole e delle macchie solari. La struttura ospitante l apparato ottico-meccanico è un osservatorio dotato di una cupola del diametro di 4 metri di diametro. Sia la base fissa che la cupola sono rivestite esternamente da una lamina metallica, mentre l interno è coibentato con listelle di legno intelaiate con lamine di alluminio. L uso di tali materiali permette un isolamento termico e igroscopico dell ambiente interno con quello esterno, garantendo un minore deterioramento della componente elettromeccanica del telescopio. La cupola è rotante a 360 sia in direzione oraria che antioraria e presenta un apertura attraverso il movimento orizzontale di due pannelli mobili. 2

5 2) Descrizione del sito individuato per l installazione A seguito di sopralluoghi eseguiti nel complesso didattico del Liceo Scientifico G. Galilei di Siena sono stati individuati due possibili siti per l installazione del nuovo Osservatorio astronomico, entrambi posti a Ovest-SudOvest rispetto alla struttura didattica liceale. Il primo sito, denominato S1, è evidenziato nella figura sottostante (fig.1). Si tratta di un area pianeggiante adibita a parcheggio per dipendenti e studenti del Liceo scientifico ritenuta idonea essenzialmente per i seguenti motivi: presenta una discreta porzione di cielo non coperta da alberi e/o edifici; morfologia del terreno favorevole; facile accesso da parte di tutti (nel senso che un disabile può parcheggiare a pochi metri di distanza e non avere problemi di salite o discese); visibilità della Stella Polare (importante, ma non essenziale per lo stazionamento). Nord S1 S2 Fig. 1: Localizzazione su foto aerea dei siti considerati maggiormente idonei per l installazione del nuovo complesso astronomico (fonte: Google Earth) Il secondo sito, denominato S2, è anch esso evidenziato in giallo in fig. 1. 3

6 Si tratta di un area verde moderatamente acclive posta tra la palestra del Liceo Scientifico e la strada di uscita del Liceo. Essa è stata ritenuta idonea principalmente per i seguenti motivi: presenta anch essa una discreta porzione di cielo non coperta da alberi e/o edifici, seppur sensibilmente inferiore rispetto al sito S1; morfologia del terreno nel complesso favorevole; facile accesso da parte di tutti anche da persone portatori di handicap; visibilità della Stella Polare (importante, ma non essenziale per lo stazionamento); è un area praticamente non sfruttata trattandosi di un prato. Tra i due siti risulta più favorevole quello S2 essenzialmente per due motivi: a) il primo è legato all uso attuale del sito che permetterebbe di non sacrificare posti auto al parcheggio della scuola; b) il secondo è dovuto alla minore (anche se minima) esposizione dell area alle forti luci stradali della strada di Pescaia. Pur essendo il sito S2 in una zona moderatamente acclive, i movimenti terra sono da considerarsi di piccola entità e la possibilità di creare una sorta di gradinata semicircolare attorno all Osservatorio la rendono ancora una volta più adatta rispetto al sito S1. Nella fig. 2 è raffigurato l aspetto approssimativo del nuovo Osservatorio ubicato presso il sito S2. Fig. 2: Immagine di inserimento ambientale 4

7 3) Progetto per l installazione dell Osservatorio La realizzazione del progetto di installazione del vecchio Osservatorio Astronomico dei Cappuccini nel nuovo sito del Liceo Scientifico G. Galilei dovrà seguire degli steps per poter tornare a essere operativo. Una volta smontato l intero Osservatorio si dovrà provvedere al trasporto in più pezzi del telescopio presso alcuni locali adibiti a magazzino del Liceo, mentre la specola dovrà essere trasporta in un magazzino sufficientemente grande per poter ricontrollare e rimontare l intera struttura al suo interno. Particolare attenzione dovrà essere posta nella verifica dello stato del telaio (struttura portante) e dei pannelli esterni metallici, nella lubrificazione della rotaia della cupola e della guida dei pannelli mobili. La struttura dovrà essere riassemblata come l originale. Contestualmente a questa fase di smontaggio-rimontaggio dell Osservatorio dovranno essere fatte ispezioni su tutte le parti del telescopio, valutando le problematiche esistenti sullo strumento, cercando di porre rimedio in maniera tale non solo da ripristinare lo strumento, ma anche di fornire a esso una sorta di upgrade tecnologico. Da un analisi preliminare eseguita sulle componenti ottiche, meccaniche ed elettromeccaniche dell Osservatorio di Poggio al Vento sono emerse alcune criticità la cui trattazione è rimandata nel capitolo successivo. Essendo l efficienza del telescopio fortemente correlata alle condizioni di inquinamento luminoso presente nel sito, sarà opportuno creare un piano di mitigazione di tale inquinamento in modo tale da modificare l illuminazione di una parte della scuola, del piazzale, delle strade di uscita dal parcheggio della scuola e delle scale mobili poste a poca distanza dal sito di intervento. Un corretta illuminazione può migliorare sensibilmente le già drammatiche condizioni di inquinamento luminoso e limitare inutili sprechi di energia elettrica. In questo contesto si rimanda alle Raccomandazioni per la progettazione di impianti di illuminazione esterna notturna delle Commissioni SAIt e UAI (Cinzano e Di Sora, 1993) e la Legge Regionale n. 39 del 24 febbraio 2005 Disposizioni in materia di energia. 5

8 4) Descrizione degli interventi necessari al ripristino della completa operatività del telescopio Come precedentemente riportato, da un analisi preventiva svolta sulle componenti ottiche, meccaniche ed elettromeccaniche dell Osservatorio di Poggio al Vento sono emersi alcuni problemi tecnici che dovranno essere assolutamente considerati e risolti per poter sfruttare al meglio il potenziale della strumentazione astronomica in questione. Data la complessità costruttiva del telescopio verranno di seguito suddivise le criticità documentate e i necessari interventi correttivi in due paragrafi, uno dei quali relativo alla componente ottica e un altro riguardante la componente meccanica. In questo contesto sono state inserite indicazioni per l acquisto di strumentazione, in aggiunta o in sostituzione a quella già disponibile, ritenute fondamentali per eseguire programmi didattici di notevole spessore scientifico. 4.1) Componente meccanica La montatura a forcella del telescopio dell Osservatorio di Poggio al Vento ha evidenziato le seguenti carenze o imperfezioni: anomalia elettrica dei motori; pulsantiera di comando del telescopio danneggiata; la montatura sfrutta un variatore di velocità considerabile obsoleto visto lo standard tecnologico delle attuali montature astronomiche. Per quanto concerne la cupola dell Osservatorio non sono stati documentati problemi meccanici particolari a una ispezione sia esterna che interna della specola; unico elemento difettoso della struttura risulta essere la guarnizione interna della rotaia che risulta essere assai deteriorata dal tempo ) Strumentazione elettro-meccanica sostitutiva per la montatura a forcella In definitiva la meccanica della montatura non ha subito danni rilevanti se non per una avaria del sistema elettrico facilmente risolvibile. Il telescopio potrebbe perciò essere reso meccanicamente operativo e funzionale, ma per le sole osservazioni visuali. Infatti sarebbe molto difficile eseguire fotografia astronomica con tale strumento, ad eccezione che per i corpi più luminosi (Luna e Sole). Tale constatazione deriva dal fatto che il telescopio non è dotato di un sistema di PEC (ossia di un Controllo dell Errore Periodico presente normalmente nella corona dentata 6

9 delle montature astronomiche) e di una porta seriale per la connessione di un sistema di autoguida mediante il quale controllare e correggere la precisione d inseguimento dello strumento utilizzando una stella guida. La montatura dello strumento non è inoltre provvista di un sistema di puntamento attivo, accessorio ormai di serie anche nelle più economiche montature astronomiche, che annullerebbe la difficoltà di puntamento di qualunque oggetto astronomico. L utilità di quest ultimo sistema è evidente: maggiore tempo a disposizione per le osservazioni e la ripresa fotografica e facilità di puntamento di oggetti ostici o difficili da individuare in cieli fortemente esposti a inquinamento luminoso (come appunto la zona di Pescaia). La soluzione a queste lacune tecnologiche risiede nella installazione di un sistema di puntamento automatico Astrolectronic FS2 da 40 V. Si tratta di un sistema di puntamento attivo adattabile a montature equatoriali a forcella che utilizzano, come nel caso del telescopio di Poggio al Vento, motori passo-passo nei due assi. Esso è compatibile con il protocollo LX200 e ciò permette il pilotaggio automatico del telescopio da computer (attraverso software di simulazione astronomica). Non essendo il telescopio in esame uno strumento commerciale e visto che il micrometrico dell asse di declinazione è a braccio tangente (fig. 3) è probabile che sia necessario un adattamento meccanico dei nuovi motori. Fig. 3: Particolare della motorizzazione a braccio tangente sull asse di declinazione 7

10 Una volta montati i nuovi motori e il sistema di puntamento automatico Astrolectronic FS2 da 40 V la montatura a forcella sarà in grado di centrare facilmente e in pochi secondi migliaia di oggetti celesti, minimizzando i tempi di ricerca e massimizzando quelli di osservazione e ripresa digitale ) Accessori meccanici ed elettromeccanici aggiuntivi-sostitutivi su tubo ottico L ispezione eseguita sul tubo ottico ha evidenziato la presenza di 2 vecchi cercatori autocostruiti e non più sfruttabili che dovranno essere sostituiti da un unico cercatore (vedi paragrafo successivo) montato sul suo apposito supporto. Per poter ottenere una precisa messa a fuoco, essenziale nella fotografia astronomica, è necessario l utilizzo di un fuocheggiatore elettrico con regolazione micrometrica. L attuale strumento ottico non possiede tale componente che, in virtù di quanto appena scritto, si raccomanda di installare. Un altro accessorio meccanico non presente e altamente raccomandato è una ruota portafiltri che permette un facile e veloce cambio dei filtri fotografici. Per il corretto bilanciamento del telescopio si consiglia infine di sostituire, o di aggiungere alle barre di ferro installate al di sotto del tubo ottico, un sistema a contrappesi scorrevoli idoneo a compensare eventuali carichi applicati sul tubo ottico. 4.2) Componente ottica Come spiegato nel capitolo 1 il tubo ottico principale del telescopio di Poggio al Vento è uno schema Newton-Cassegrain. Tale configurazione ottica è costituita non da lenti, ma da specchi curvi che periodicamente richiedono un trattamento di rialluminatura. Il lungo periodo d inattività e la mancanza di cura dello strumento in questione hanno prodotto una patina di sporco sulle ottiche (fig. 4) tale da provocare un apprezzabile decremento della resa ottica del telescopio. Si ritiene quindi di fondamentale importanza un accurata lavorazione di pulizia e rialluminatura degli specchi primario e secondario al fine di ripristinarne l originale capacità risolutiva. Per quanto concerne il tubo ottico secondario è necessario un semplice lavoro di pulizia delle lenti. 8

11 Fig. 4: Interno del tubo ottico Newton-Cassegrain 4.2.1) Strumentazione ottica aggiuntiva-sostitutiva per osservazione visuale Come già accennato al paragrafo il telescopio necessita di un nuovo cercatore, ad esempio un buon 8x50 mm. Esso permette di centrare manualmente luna, pianeti e stelle e, pur essendo l Osservatorio in progetto dotabile di puntamento assistito, esso è comunque un valido strumento didattico, nonché di fondamentale importanza in caso di guasto al sistema di puntamento attivo. Un elemento ottico praticamente assente nell attuale parco accessori dell Osservatorio è l oculare; si suggerisce pertanto di corredarlo con almeno 3 oculari aventi, a titolo di esempio, le seguenti focali: 40 mm,18mm e 7 mm. Per misure astrometriche su stelle doppie o per guida del telescopio in caso di malfunzionamento della camera di autoguida durante una sessione fotografica è inoltre consigliabile un oculare con reticolo illuminato. Dato il forte inquinamento luminoso dell area che ospiterà l Osservatorio si propone inoltre di aggiungere agli accessori dell Osservatorio almeno 3 dei seguenti filtri visuali e fotografici: - Fitro H-Beta: migliora la visione e fotografia di nebulose diffuse; - Filtro UHC: migliora la visione degli oggetti deboli; - Filtro H-Alfa 6nm: adatto per la fotografia di oggetti deboli da siti con forte inquinamento luminoso; 9

12 - Filtro O-III: utile per la visione di nebulose planetarie; - Filtro ProPlanet: per la fotografia planetaria e lunare in alta risoluzione Per facilitare la visione, soprattutto degli oggetti posti in prossimità dello zenith, si ritiene infine opportuno dotare il tubo ottico di un diagonale dielettrico da inserire tra il sistema di messa a fuoco e l oculare ) Strumentazione ottica e digitale raccomandata per la ripresa astronomica In relazione alle potenzialità dell Osservatorio in progetto si prospetta un attività didattica e divulgativa che non può non essere supportata dall utilizzo di camere CCD. L inquinamento luminoso cittadino impedisce inoltre l osservazione di buona parte degli oggetti del profondo cielo che diventano però facilmente osservabili se ripresi e successivamente elaborati al computer. Il sistema di CCD ideale consiste in 3 camere distinte: - Camera CCD di guida: da accoppiare al telescopio secondario con funzione di autoguida durante la ripresa fotografica; - Camera CCD planetaria: adatta alla ripresa di Luna, Sole e Pianeti in alta risoluzione; - Camera CCD raffreddata: adatta alle riprese degli oggetti deep-sky Per quanto concerne la camera CCD per riprese deep-sky si suggerisce l utilizzo di una strumentazione monocromatica in quanto più sensibile rispetto a camere CCD a colori. La fotografia in tricomia è comunque possibile se si utilizzano filtri LRGB montati su una ruota portafiltri. Attraverso l utilizzo di queste camere CCD si possono ottenere risultati fino a pochi decenni fa alla portata dei soli osservatori professionali e che vanno dalla fotografia di un corpo celeste allo studio della sua composizione chimica. A livello didattico numerose sono le applicazioni delle camere CCD; per questo aspetto si rimanda al capitolo successivo. Sicuramente uno dei campi scientifici di maggior interesse per gli studenti potrebbe essere rappresentato dalla spettroscopia astronomica, che basandosi sulla scomposizione della 10

13 luce nelle sue lunghezze d onda fondamentali permette di studiare la composizione di Sole, Stelle, Comete e molti altri oggetti astronomici. Per questo tipo di studio si propone di acquisire un economico filtro spettroscopico del tipo Star Analyser da applicare su CCD. Per la ripresa planetaria si consiglia invece di aggiungere al parco accessori dell Osservatorio una lente di Barlow 5x in modo tale da migliorare la precisione di guida durante la fotografia astronomica, oppure di aumentare l ingrandimento del soggetto nella fotografia planetaria o lunare. 5) Progetto per l utilizzo del nuovo osservatorio astronomico Il recupero di un osservatorio astronomico storico come quello di Poggio al Vento è sicuramente indice di attenzione, da parte dell Amministrazione locale e scolastica, nella formazione culturale delle future generazioni di senesi. La presenza di un osservatorio all interno di una scuola è attualmente una rarità che potrebbe essere presa come modello di riferimento a livello regionale e nazionale. Gli studenti del Liceo Scientifico G. Galilei potranno svolgere osservazioni visuali e fotografiche che possono essere così dettagliate: Osservazione visuale Durante il giorno sarà possibile la visione del Sole attraverso l utilizzo del grande rifrattore acromatico (telescopio secondario) schermato con opportuno filtro solare a tutta apertura. Le osservazioni serali saranno invece dedicate sia all apprendimento delle costellazioni circumpolari e di quelle tipiche stagionali, sia all osservazione della Luna e dei principali pianeti del Sistema Solare. In serate prive di Luna, o con sottile falce lunare sarà possibile osservare i più famosi oggetti deep-sky facenti parte del catalogo Messier come ammassi stellari, nebulose e galassie, oppure stelle luminose come Sirio o Vega, o ancora stelle doppie come Alcor e Mizar. Osservazione fotografica Attraverso l utilizzo di apparecchiature CCD potranno essere ripresi e studiati tutti i principali oggetti del Sistema Solare, tutti gli oggetti galattici ed extragalattici del catalogo Messier, nonchè molti oggetti celesti del catalogo NGC. 11

14 Grazie alla ripresa CCD abbinata a filtro Star Analyser potranno essere condotte ricerche spettroscopiche amatoriali per determinare la composizione chimica dei corpi celesti. Un utilizzo più avanzato, ma sicuramente stimolante per gli studenti è la fotometria; ovvero la misura della variazione di luminosità di una stella (una stella variabile appunto) nel tempo. Si tratta di un ramo dell astronomia in cui attraverso l utilizzo di software dedicati e di costanza nelle misure si possono condurre ricerche anche di un certo rilievo scientifico. L utilizzo di un telescopio dovrebbe stimolare notevolmente l apprendimento di materie scientifiche come la fisica e la geografia astronomica, rendendo inoltre più accattivanti materie ostiche come la chimica e la matematica. Si auspica che la presenza di un osservatorio semi-professionale come quello in progetto possa attirare scolaresche non solo dalla città e dalla provincia di Siena, ma da tutta Italia. Sarebbe infine stupendo che la cittadinanza di Siena usufruisse periodicamente dell Osservatorio Astronomico proprio grazie agli studenti i quali una volta apprese le nozioni di base di Astronomia, Chimica, Fisica e Geografia Astronomica saranno in grado di diventare a loro volta insegnanti e scienziati per una notte. Siena, 30 maggio

15 ALLEGATO 1

16 LISTA DELLA STRUMENTAZIONE TECNICA MANCANTE O SOSTITUTIVA DESCRITTA NELLA RELAZIONE TECNICA Articolo Quantità Prezzo orientativo (IVA inclusa) Sistema di puntamento automatico Astrolectronic FS2 40 V ,00 Motori ed installazione motori per sistema Astroelectronic FS ,00 40V da parte di personale tecnico specializzato 1 cercatore 8X50 con visione a 90 TS-Optics 1 99,00 Supporto al cercatore (richiede 2 viti M4) 1 19,00 Diagonale 31,8 mm dielettrico TS-Optics 2 72,00 CCD planetaria Imaging Source DBK31AU03.AS colori RAW 1 565,00 CCD raffreddata monocromatica Atik 383L ,00 Camera CCD di Autoguida Magzero 1 250,00 Filtro visuale H-Beta Baader Planetarium ø 31.8 mm 1 84,00 Filtro visuale UHC Astronomik ø 31.8 mm 1 105,00 Filtro fotografico Proplanet IR 807 Astronomik ø 31.8 mm 1 45,00 Filtro fotografico H-Alfa 6 nm Astronomik ø 31.8 mm 1 200,00 Filtro visuale O-III Baader Planetarium ø 31.8 mm 1 69,00 Filtri LRGB Baader-Planetarium ø 31.8 mm 1 238,00 Filtro Star Analyser anello spaziatore PHEL ø 31.8 mm 1 128,00 Lente di Barlow 5 x TS-Optics ø 31.8 mm 1 65,00 Oculare Meade Plossl 9 mm a reticolo illuminato ø 31.8 mm 1 120,00 Oculare Meade Super Plossl 40 mm ø 31.8 mm 1 85,00 Oculare Celestron X-CEL LX 18 mm ø 31.8 mm 1 95,00 Oculare Celestron X-CEL LX 7 mm ø 31.8 mm 1 95,00 Fuocheggiatore elettrico JMI 1 600,00 Ruota portafiltri motorizzata Atik a 5 posizioni ø 31.8 mm 1 299,00 Barra contrappesi + contrappesi ,00 Pulsantiera di comando telescopio 1 400,00 Software Perseus 1 120,00 Software MaximDL 1 500,00 Pulizia e rialluminatura delle ottiche 1 700,00