Introduzione al laboratorio di strumentazione spaziale I e II

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1 Introduzione al laboratorio di strumentazione spaziale I e II A.A Aniello Mennella aniello.mennella@fisica.unimi.it Davide Maino davide.maino@mi.infn.it Università degli Studi di Milano Dipartimento di Fisica Laboratorio di strumentazione spaziale - 14 ottobre 2011

2 Argomento del laboratorio Tecniche utilizzate in astrofisica nelle microonde (radiazione cosmica di fondo) Una fra le più potenti linee di ricerca in cosmologia Dal 1989 tre importanti missioni spaziali:

3 Argomento del laboratorio Tecniche utilizzate in astrofisica nelle microonde (radiazione cosmica di fondo) Una fra le più potenti linee di ricerca in cosmologia Dal 1989 tre importanti missioni spaziali:

4 Argomento del laboratorio Tecniche utilizzate in astrofisica nelle microonde (radiazione cosmica di fondo) Una fra le più potenti linee di ricerca in cosmologia Dal 1989 tre importanti missioni spaziali:

5 Argomento del laboratorio Tecniche utilizzate in astrofisica nelle microonde (radiazione cosmica di fondo) Una fra le più potenti linee di ricerca in cosmologia Dal 1989 tre importanti missioni spaziali: COBE-NASA (1989) WMAP-NASA (2001) Planck-ESA (14 Maggio 2009)

6 Argomento del laboratorio Tecniche utilizzate in astrofisica nelle microonde (radiazione cosmica di fondo) Una fra le più potenti linee di ricerca in cosmologia Dal 1989 tre importanti missioni spaziali: COBE-NASA (1989) WMAP-NASA (2001) Planck-ESA (14 Maggio 2009)

7 Argomento del laboratorio Tecniche utilizzate in astrofisica nelle microonde (radiazione cosmica di fondo) Una fra le più potenti linee di ricerca in cosmologia Dal 1989 tre importanti missioni spaziali: COBE-NASA (1989) WMAP-NASA (2001) Planck-ESA (14 Maggio 2009)

8 Il fondo cosmico di microonde Cos è la CMB È una radiazione fossile a 3 K nel range delle micro-onde che ci porta informazioni direttamente dalle fasi iniziali dell espansione dell universo

9 Il fondo cosmico di microonde - Le tappe principali 1965 Scoperta del fondo cosmico Penzias/Wilson, premio Nobel 1978

10 Il fondo cosmico di microonde - Le tappe principali 1992 Scoperta delle anisotropie del fondo cosmico satellite COBE/NASA, premio Nobel 2006

11 Il fondo cosmico di microonde - Le tappe principali 2003 Prime mappe a tutto cielo ad alta risoluzione Satellite WMAP/NASA

12 Il fondo cosmico di microonde - Le tappe principali 2009 Missione Planck/ESA

13 Obiettivi del corso Lo studente verrà valutato in base a: Conoscenza problematiche sperimentali Familiarità con il sistema di misura e con la conduzione di esperimenti Senso critico nella pianificazione dei test e nell analisi dei risultati Capacità di sintesi ed esposizione del lavoro svolto in forma scritta ed orale

14 Obiettivi del corso Lo studente verrà valutato in base a: Conoscenza problematiche sperimentali Familiarità con il sistema di misura e con la conduzione di esperimenti Senso critico nella pianificazione dei test e nell analisi dei risultati Capacità di sintesi ed esposizione del lavoro svolto in forma scritta ed orale

15 Obiettivi del corso Lo studente verrà valutato in base a: Conoscenza problematiche sperimentali Familiarità con il sistema di misura e con la conduzione di esperimenti Senso critico nella pianificazione dei test e nell analisi dei risultati Capacità di sintesi ed esposizione del lavoro svolto in forma scritta ed orale

16 Obiettivi del corso Lo studente verrà valutato in base a: Conoscenza problematiche sperimentali Familiarità con il sistema di misura e con la conduzione di esperimenti Senso critico nella pianificazione dei test e nell analisi dei risultati Capacità di sintesi ed esposizione del lavoro svolto in forma scritta ed orale

17 Il percorso in sintesi Le tappe fondamentali del percorso saranno: Introduzione ad alcune delle problematiche sperimentali in astrofisica Misure in radiofrequenza e caratterizzazione di antenne corrugate (disegno antenne corrugate e simulazione diagramma d antenna) Progettazione di un sistema ottico nelle microonde Simulazione di una misura di anisotropia di fondo cosmico mediante un osservazione dallo spazio

18 Lezioni teoriche (1/2) Tematiche trattate Cosmologia con misure di fondo cosmico (esperimenti e tecnologie) Componenti passive in strumenti di misura nelle microonde (F. Villa, INAF-IASF Bologna) Disegno e simulazione elettromagnetica di antenne corrugate con SRSR

19 Lezioni teoriche (1/2) Tematiche trattate Cosmologia con misure di fondo cosmico (esperimenti e tecnologie) Componenti passive in strumenti di misura nelle microonde (F. Villa, INAF-IASF Bologna) Disegno e simulazione elettromagnetica di antenne corrugate con SRSR

20 Lezioni teoriche (1/2) Tematiche trattate Cosmologia con misure di fondo cosmico (esperimenti e tecnologie) Componenti passive in strumenti di misura nelle microonde (F. Villa, INAF-IASF Bologna) Disegno e simulazione elettromagnetica di antenne corrugate con SRSR

21 Lezioni teoriche (2/2) Tematiche trattate Atmocube, un nanosatellite per misure dell ambiente spaziale vicino alla Terra (Anna Gregorio, Univ. Trieste) Planning di una missione spaziale (L. Stringhetti, INAF-IASF Milano)

22 Lezioni teoriche (2/2) Tematiche trattate Atmocube, un nanosatellite per misure dell ambiente spaziale vicino alla Terra (Anna Gregorio, Univ. Trieste) Planning di una missione spaziale (L. Stringhetti, INAF-IASF Milano)

23 Il laboratorio Strumentazione nel laboratorio Camera anecoica Sorgente RF a 30, 35 e 70 GHz Antenne corrugate a 30 e 70 GHz Stadio rotante e sistema di acquisizione computerizzati

24 Il laboratorio Strumentazione nel laboratorio Camera anecoica Sorgente RF a 30, 35 e 70 GHz Antenne corrugate a 30 e 70 GHz Stadio rotante e sistema di acquisizione computerizzati

25 Fase I (marzo-maggio) Misure di fascio di antenna La misura consiste nella determinazione del fascio di antenna (potenza ricevuta in funzione dell angolo) per diverse configurazioni di un antenna corrugata a 30 GHz. Possibilità di testare anche un antenna a 70 GHz Misure di Lens-antenna a 30 e 70 GHz

26 Fase II (marzo-aprile) Simulazione telescopio Design di un telescopio a doppio riflettore Simulazione del fascio del telescopio utilizzando le misure di laboratorio Software utilizzato: GRASP 9.0, state-of-the-art software nell ambito della progettazione di ottiche a micro-onde

27 Fase II (marzo-aprile) Simulazione telescopio Design di un telescopio a doppio riflettore Simulazione del fascio del telescopio utilizzando le misure di laboratorio Software utilizzato: GRASP 9.0, state-of-the-art software nell ambito della progettazione di ottiche a micro-onde

28 Fase II (marzo-aprile) Simulazione telescopio Design di un telescopio a doppio riflettore Simulazione del fascio del telescopio utilizzando le misure di laboratorio Software utilizzato: GRASP 9.0, state-of-the-art software nell ambito della progettazione di ottiche a micro-onde

29 Fase III (aprile-maggio) Simulazione di osservazioni dallo spazio A partire dalle misure di laboratorio e delle simulazioni ottiche: Generazione di una mappa di CMB simulata Determinazione dello spettro di potenza Confronto risultati a diverse risoluzioni angolari Determinazione del parametro Ω 0

30 Fase III (aprile-maggio) Simulazione di osservazioni dallo spazio A partire dalle misure di laboratorio e delle simulazioni ottiche: Generazione di una mappa di CMB simulata Determinazione dello spettro di potenza Confronto risultati a diverse risoluzioni angolari Determinazione del parametro Ω 0

31 Fase III (aprile-maggio) Simulazione di osservazioni dallo spazio A partire dalle misure di laboratorio e delle simulazioni ottiche: Generazione di una mappa di CMB simulata Determinazione dello spettro di potenza Confronto risultati a diverse risoluzioni angolari Determinazione del parametro Ω 0

32 Fase III (aprile-maggio) Simulazione di osservazioni dallo spazio A partire dalle misure di laboratorio e delle simulazioni ottiche: Generazione di una mappa di CMB simulata Determinazione dello spettro di potenza Confronto risultati a diverse risoluzioni angolari Determinazione del parametro Ω 0

33 Organizzazione del laboratorio Lezioni introduttive Lezioni componenti passivi Misure antenne corrugate Simulazioni ottiche Analisi risultati Simulazione osservazione CMB Discussione risultati Esame A gruppi

34 Organizzazione del laboratorio Lezioni introduttive Lezioni componenti passivi Misure antenne corrugate Simulazioni ottiche Analisi risultati Simulazione osservazione CMB Discussione risultati Esame A gruppi

35 Organizzazione del laboratorio Lezioni introduttive Lezioni componenti passivi Misure antenne corrugate Simulazioni ottiche Analisi risultati Simulazione osservazione CMB Discussione risultati Esame A gruppi

36 Organizzazione del laboratorio Lezioni introduttive Lezioni componenti passivi Misure antenne corrugate Simulazioni ottiche Analisi risultati Simulazione osservazione CMB Discussione risultati Esame A gruppi

37 Organizzazione del laboratorio Lezioni introduttive Lezioni componenti passivi Misure antenne corrugate Simulazioni ottiche Analisi risultati Simulazione osservazione CMB Discussione risultati Esame A gruppi

38 Organizzazione del laboratorio Lezioni introduttive Lezioni componenti passivi Misure antenne corrugate Simulazioni ottiche Analisi risultati Simulazione osservazione CMB Discussione risultati Esame A gruppi

39 Organizzazione del laboratorio Lezioni introduttive Lezioni componenti passivi Misure antenne corrugate Simulazioni ottiche Analisi risultati Simulazione osservazione CMB Discussione risultati Esame A gruppi

40 Organizzazione del laboratorio Lezioni introduttive Lezioni componenti passivi Misure antenne corrugate Simulazioni ottiche Analisi risultati Simulazione osservazione CMB Discussione risultati Esame A gruppi

41 Esame (giugno-settembre) Preparazione relazione scritta (30-60 pagine) Preparazione presentazione orale (ognuno si prepara una parte) Presentazione orale comprendente: Sintesi della parte introduttiva Discussione del lavoro svolto e dei risultati ottenuti

42 Esame (giugno-settembre) Preparazione relazione scritta (30-60 pagine) Preparazione presentazione orale (ognuno si prepara una parte) Presentazione orale comprendente: Sintesi della parte introduttiva Discussione del lavoro svolto e dei risultati ottenuti

43 Esame (giugno-settembre) Preparazione relazione scritta (30-60 pagine) Preparazione presentazione orale (ognuno si prepara una parte) Presentazione orale comprendente: Sintesi della parte introduttiva Discussione del lavoro svolto e dei risultati ottenuti