Mercurio e Giove, di giorno è (quasi) meglio di Daniele Gasparri

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1 Mercurio e Giove, di giorno è (quasi) meglio di Daniele Gasparri Quante volte avreste voluto riprendere con la vostra webcam una rara eclissi multipla dei satelliti di Giove ma purtroppo non visibile perchè di giorno? Quante volte avete provato ad osservare Mercurio svegliandovi alle 4 di mattina, vederlo brillare basso presso l'orizzonte est ed ottenere dei risultati deludenti a causa del seeing pessimo a quelle altezze?esiste una soluzione a tutto ciò, semplice, comoda, ed utile anche dal punto di vista scientifico. Molte volte mi sono trovato in questa situazione, ma alla fine ho capito una cosa: perché perdersi un evento importante semplicemente perché avviene di giorno, o peggio, alzarsi all'alba e poi buttare tutto a causa del seeing scadente, quando si può semplicemente osservare e riprendere a qualunque ora e (quasi) a qualsiasi distanza dal Sole, magari con il pianeta in meridiano? Nonostante quello che si possa pensare, Mercurio e Giove sono facili da osservare in pieno giorno e ancora più facili da catturare con una normale webcam, a patto di prendere alcuni accorgimenti che presto andremo a scoprire insieme. Volete scommettere sulla comodità di poter osservare a qualsiasi ora ed ottenere risultati addirittura migliori di quelli che otterreste ad orari assurdi?o sull emozione di poter osservare con il Sole alto in cielo e dare anche un importante contributo alla scienza? Di Mercurio infatti conosciamo solo metà della sua superficie e mancano immagini professionali dettagliate perché i grandi telescopi non possono puntare così vicino al Sole, mentre l attività atmosferica di Giove è da tenere sotto costante osservazione per capire meglio la dinamica della sua complessa atmosfera: sta agli astrofili fornire immagini dettagliate da poter essere studiate. Utilizzando webcam o camere CCD siamo in grado di ottenere degli ottimi risultati, paragonabili alle normali riprese notturne, ma anche i visualisti potranno togliersi molte soddisfazioni.

2 La strumentazione Entrambi i pianeti sono alla portata di qualsiasi telescopio, benché totalmente invisibili ad occhio nudo (e nei cercatori) a patto di avere un cielo terso. Mercurio è più luminoso, ma l osservazione è resa rischiosa dalla presenza del Sole, per questo occorre sempre fare attenzione e non osservare quando l elongazione è inferiore a 10. Giove è un bersaglio facile oltre i 40 dal Sole, mentre è richiesto uno strumento maggiore di 15 cm tra i 40 e i 20 ; per distanze inferiori il cielo è generalmente troppo chiaro. Una montatura equatoriale motorizzata con dei cerchi graduati abbastanza precisi è una condizione necessaria e sufficiente per il puntamento che, come vedremo, deve procedere per via indiretta, con i possessori di montature GOTO sicuramente avvantaggiati. Per le riprese ci affideremo alle solite webcam e camere planetarie, ma i possessori di camere CCD possono ottenere risultati interessanti. Un filtro solare a tutta apertura è necessario per la procedura di puntamento, mentre per le riprese e le osservazioni dei pianeti avremo bisogno di un set di filtri di cui parleremo in seguito Il puntamento Puntare un oggetto del tutto invisibile ad occhio nudo può essere complicato, e in effetti questa è la più grande difficoltà delle riprese diurne. Anche lo stazionamento della montatura è difficoltoso; il consiglio è semplice: lasciarla fuori, già stazionata nelle precedenti osservazioni notturne; quando ciò non è possibile, aiutarsi con una bussola, tenendo presente che il polo nord magnetico non coincide perfettamente con quello geografico, e spendere qualche minuto per applicare il metodo Bigourdan utilizzando la nostra stella Prima di inserire l eventuale camera di ripresa è opportuno puntare ed osservare visualmente il pianeta. La procedura di puntamento si effettua per via indiretta, partendo dall unico astro osservabile: il Sole. Coprite il cercatore, che rappresenta solo un rischio; inserite il filtro solare a tutta apertura e puntate la nostra stella con il metodo dell ombra. A questo punto inserite un oculare che consenta di avere tutto il disco nel campo, con un ingrandimento risultante non superiore alle volte e curate particolarmente la messa a fuoco. L oculare utilizzato non deve essere estratto fino a puntamento eseguito e la manopola della messa a fuoco non deve essere toccata: questo è molto importante, perché una piccola sfocatura può rendere completamente invisibile il pianeta. Ora, chi dispone di una montatura GOTO, deve sincronizzare sulle coordinate del Sole e poi far dirigere il telescopio verso il pianeta. Chi non ha questa comodità dovrà usare i cerchi graduati: muoveteli fino ad impostare con la maggior precisione possibile le coordinate del Sole, che andrete a leggere in qualunque software planetario; serrate le viti dei cerchi e muovete il telescopio fino a raggiungere le coordinate del pianeta. Questo metodo funziona solamente fino a distanze di 30 dalla nostra stella: va sempre bene per Mercurio, ma non per Giove. In questo caso si può procedere per tappe intermedie: si punta il Sole, si annotano le sue coordinate e poi si centra un oggetto a metà strada, come Venere, Marte, lo stesso Mercurio o la Luna: l importante è riuscire ad avere qualche riferimento entro un raggio di Effettuata la procedura di puntamento, togliete il filtro solare, ma con attenzione. Se la distanza dal Sole è minore di 10, prima di mettere l occhio all oculare, osservate se la sua luce giunge sul piano focale. Identificare il pianeta non sarà immediato, e se ad una prima occhiata non vedrete nulla, ciò non significa che non ci sia. Dovrete osservare bene e dimenticarvi del contrasto al quale siete abituati: l osservazione di Giove assomiglia molto a quella di un piccolo oggetto deep-sky, come la nebulosa planetaria ad anello (M57) nella Lira: debole ma evidente una volta localizzato. Il problema di Mercurio è il suo esiguo diametro apparente: l occhio umano infatti fatica a riconoscere oggetti luminosi ma piccoli su uno sfondo brillante. Con un po di pazienza ed esperienza, non dovreste avere difficoltà.

3 I Filtri per l osservazione e la ripresa L osservazione e la ripresa sono disturbate dalla luminosità dell atmosfera terrestre e da un seeing non buono; la combinazione di questi due fattori è un immagine poco contrastata e deformata. Per scurire il fondo cielo, aumentare il contrasto dei dettagli e migliorare il seeing, l uso di filtri è quasi obbligatorio. Il cielo del giorno ha una colorazione azzurra: appare chiaro come osservazioni condotte escludendo tale lunghezza d onda portino ad un incremento del contrasto. Mercurio: La luminosità superficiale del piccolo pianeta è superiore a quella di Giove, nonostante il valore della magnitudine faccia pensare al contrario, per questo possiamo utilizzare tutti i filtri che vogliamo, senza doverci preoccupare della quantità di luce risultante. Un filtro polarizzatore o rosso è indicato per l osservazione visuale, mentre un infrarosso da 700nm rappresenta la scelta perfetta per la ripresa: il fondo cielo appare scuro, il seeing è nettamente migliore e i dettagli più contrastati. Nel visibile non si hanno buoni risultati: i dettagli semplicemente scompaiono! Un frame grezzo del piccolo pianeta mostra come esso sia molto ben contrastato anche trovandosi a soli 10 dal Sole! In questi casi estremi, il filtro infrarosso sembra veramente miracoloso. Nel visibile il contrasto sarebbe stato molto minore e i dettagli superficiali completamente nascosti. Giove: In questo caso bisogna tenere conto della sua bassa luminosità superficiale. Chi osserva visualmente o riprende con webcam, troverà utile un filtro arancione o rosso, mentre l infrarosso può essere usato solo con diametri superiori a 20 cm. Chi dispone di camere più sensibili può lavorare tranquillamente con tale filtro senza preoccupazioni. Per un elongazione maggiore di 40 e un telescopio di almeno 15 cm di diametro, si può osservare e riprendere su tutto lo spettro visibile, stando attenti ad utilizzare anche un IR-cut, nel caso di riprese. In ogni caso un filtro polarizzatore può essere utile, soprattutto in visuale, scurendo il fondo cielo. Se volete stupirvi, e avete a disposizione una camera CCD, procuratevi un filtro infrarosso da 1 micron: a queste lunghezze d onda il fondo cielo è così scuro che è possibile riprendere e seguire i satelliti galileiani anche mentre transitano davanti al disco del pianeta!

4 Effetto di diversi filtri sul contrasto delle immagini. Questi frame grezzi danno anche un idea di come appaia Giove all osservazione visuale, quando il Sole è distante più di 40 e il cielo particolarmente trasparente. Per merito dell adattabilità dell occhio umano, nel visuale i maggiori dettagli superficiali sono comunque molto più evidenti di quanto appaiano nei singoli frame webcam. Sconfiggere la turbolenza: Il seeing diurno è peggiore di quello notturno, ma la causa principale è locale e, per questo, almeno in parte, eliminabile. Le fonti maggiori di turbolenza sono due, tutte generate dall intensa radiazione solare: 1) riscaldamento del tubo ottico con conseguenti moti turbolenti all interno di esso. Per migliorare sensibilmente la situazione, consiglio di sistemare il vostro telescopio all ombra; questa è anche un ottima misura precauzionale per evitare l accidentale osservazione del Sole. Quando questo non è possibile, cercate di avvolgere il tubo con della carta stagnola: essa funziona come un ottimo isolante termico. 2) Riscaldamento del pavimento e in generale dell ambiente intorno al telescopio: anche questo, soprattutto se si osserva da un piazzale di cemento o di asfalto, provoca ingenti moti convettivi che vanno a rovinare l immagine. E opportuno, quando possibile, evitare di osservare da queste postazioni. Il luogo migliore sarebbe in mezzo ad un prato, lontano da strade e dai tetti caldi delle case. Seguendo questi due semplici consigli riuscirete ad abbattere la turbolenza locale e vi renderete conto che il seeing diurno è spesso simile a quello notturno! Osservazione visuale Anche chi volesse condurre riprese webcam/ccd deve prima osservare visualmente l immagine al telescopio, in particolare i dettagli visibili, l entità della turbolenza e il contrasto dell immagine. Molto importanti sono le condizioni del cielo, sia per Giove che per Mercurio: la presenza di veli e foschie possono renderli totalmente invisibili, anche utilizzando telescopi di generose dimensioni; questo è più importante per piccoli diametri, analogamente a quanto accade per le osservazioni

5 deep-sky. Puntare Mercurio ed osservarlo è facile, ma lo è molto meno riuscire a cogliere qualche dettaglio superficiale. Il contrasto è abbastanza elevato da permettere l uso di alti ingrandimenti fino a volte il diametro del telescopio in mm. Nel visibile il pianeta vi apparirà come un piccolo dischetto marroncino, spesso affetto da notevole turbolenza. La fase è evidente anche attraverso un telescopio da 10 cm di diametro, mentre per scorgere dei dettagli è necessario inserire un filtro arancio-rosso ed osservare con una fase uguale o maggiore del 50%. Contrariamente a quanto si possa pensare, non sono necessari grandi telescopi, piuttosto avere buone condizioni di trasparenza e seeing, per questo i piccoli diametri non ostruiti sono avvantaggiati, in visuale. Giove è più difficile da identificare ma appare ricco di dettagli. In tali condizioni di basso contrasto, l occhio umano riesce ad esporre correttamente il disco e il fondo cielo, restituendo un immagine evanescente ma con i maggiori dettagli più contrastati, a prima vista migliore del disco troppo luminoso delle ore notturne. Che questa sia solo un illusione ottica che lo dice ben presto la nostra webcam la quale permette, grazie all uso di filtri infrarossi e alla possibilità di riprendere un grande numero di frame, di raggiungere un risultato sicuramente migliore su entrambi i pianeti. Ripresa webcam/ccd e settaggi La ripresa digitale si avvantaggia notevolmente dall uso di filtri infrarossi, che rendono ancora più scuro il fondo cielo e consentono un sensibile aumento del contrasto, per questo i risultati saranno generalmente migliori rispetto all osservazione visuale. Prima di inserire la webcam, è indispensabile centrare perfettamente il pianeta nell oculare utilizzando alti ingrandimenti. Una volta inserita, probabilmente non vedrete nulla, ma questo è dovuto alla sfocatura dell immagine, quindi limitatevi a muovere la manopola di messa a fuoco fino ad intravedere la sua sagoma. Mettere a fuoco con precisione può essere difficile soprattutto per il basso contrasto dell immagine sul monitor del computer: ponetelo all ombra o copritelo con una scatola o un asciugamano; in ogni caso consiglio di riprendere almeno 3 filmati, focheggiando ogni volta per una maggiore sicurezza. I settaggi webcam non si discostano da quelli normalmente utilizzati nelle riprese notturne: se state lavorando in luce monocromatica, selezionate la modalità bianco e nero e agite solamente sul tempo di esposizione e guadagno, con quest ultimo almeno al 70%, pena l insorgere di strani artefatti circolari sui dischi planetari, lavorando con luminosità intorno ai 200 ADU Mercurio: E molto brillante e contrastato nell infrarosso, quindi potrete lavorare con alti ingrandimenti e brevi tempi d esposizione. La focale da utilizzare è quella ideale per l alta risoluzione, intorno a f35 utilizzando webcam con pixel da 5.6 micron. Il tempo di ripresa può essere arbitrariamente lungo in quanto il piccolo pianeta ruota molto lentamente e non c è alcun problema di mosso. Il framerate va impostato su valori bassi (5fps), per avere allo stesso tempo singoli frame poco rumorosi e catturarne diverse migliaia. In effetti questo è un notevole vantaggio per l alta risoluzione: acquisite almeno 5-6 filmati di circa 2000 frame ciascuno, dai quali successivamente andrete ad estrarre solamente i migliori: anche quando il seeing non è buono, ne avrete almeno 300 ottimi. Giove: La luminosità e il contrasto sono molto minori e non possiamo riprendere per ore a causa della sua veloce rotazione. Consiglio di accorciare leggermente la focale, intorno a f25-30, per diminuire il tempo di esposizione e congelare il seeing. Il framerate dovrebbe aggirarsi sui 15 fps, valore che permette di raccogliere circa 2000 frame prima che la rotazione si faccia notare. L immagine a monitor sarà indistinta e apparentemente priva di dettagli; non abbiate paura e non cercate settaggi miracolosi per aumentare il contrasto; questo verrà fatto nella fase di elaborazione.

6 Risultati ottenibili Giove: Nonostante le condizioni proibitive in cui lavora la nostra webcam (vedi immagine grezza), i risultati non sono troppo distanti da quelli notturni. Ho notato solo un calo del rapporto segnale/rumore con conseguente maggiore granulosità dell immagine finale, mentre la risoluzione resta la stessa delle riprese notturne effettuate a parità di seeing. Con il pianeta a piccole distanze dal Sole si ha un calo della risoluzione, ma l importanza scientifica di tali osservazioni dovrebbe essere uno stimolo forte nel continuare. Utilizzando un filtro IR da 1 micron e una camera CCD, il pianeta appare sotto la lunghezza d onda del metano: tali osservazioni sono ancora più preziose delle altre dal punto di vista scientifico, e inoltre possiamo assistere ad uno spettacolo che mai si sarebbe ritenuto possibile: riprendere facilmente tutti i satelliti galileiani. Giove e i suoi 4 satelliti galileiani, con Europa in transito sul suo disco. Questa immagine è stata realizzata con il Sole a soli 35 alle ore 15 del 6/10/2006, utilizzando una camera CCD e un filtro infrarosso da 1 micron. A queste lunghezze d onda diventa possibile seguire i satelliti e i maggiori dettagli superficiali di Giove, come se la luce del giorno non ci fosse. Riduttore di focale f/6,3, filtro IR pass da 1 micron e camera CCD ST-7XME, somma di 20 immagini da 0,8 secondi. Paragone tra un immagine diurna e una notturna di Giove, con stessa strumentazione e stesso seeing. La prima è stata ottenuta il 6/04/2007 poco prima del sorgere del Sole, mentre la seconda è stata ottenuta un ora dopo, con il Sole già alto qualche grado. Si nota una perdita di nitidezza causata dal maggior rumore, ma non una perdita di risoluzione, che resta la stessa per le due immagini.webcam Philips Vesta pro a f/30, somma di circa 1700 frames con un filtro IR-cut. Giove a 40 dal Sole ripreso con una webcam alle 16:50 del 9/08/2005, con il Sole a 30 sull orizzonte. In queste circostanze la tricromia è ancora possibile ma è molto difficile ottenere un corretto bilanciamento dei bianchi. I dettagli visibili sono molto simili a quelli in visuale. Filtro IR-cut, f/30, webcam Philips Vesta pro, 1500 frame.

7 Mercurio: I risultati su questo piccolo pianeta parlano chiaro: una webcam, un filtro infrarosso, riprendere in meridiano fino ad elongazioni di 10 ed ottenere un immagine al limite della risoluzione teorica dello strumento utilizzato, cosa totalmente impossibile osservando all alba o al crepuscolo. Piccole macchie d albedo, addirittura i grandi crateri da impatto con i relativi ejecta, possono essere alla portata di uno strumento di 15 cm di diametro. Mercurio mostra tutti i suoi dettagli di giorno, con il Sole alto sull orizzonte, utilizzando un semplice filtro infrarosso. Questi risultati, al limite della risoluzione del telescopio, sono assolutamente irraggiungibili riprendendo dopo il tramonto o prima dell alba; molto meglio riprendere con il pianeta in meridiano, cercando di ridurre l effetto della turbolenza locale e catturando molti frame senza preoccuparsi della sua lenta rotazione. Se il vostro occhio è allenato, potrete raggiungere un risultato simile osservando con un filtro arancio o rosso. La ripresa del 16/07/2004 è stata ottenuta con un SCT Celestron da 235 mm su una webcam Philips Toucam Pro, mentre le altre con una Philips Vesta Pro. In tutte ho utilizzato una lente di barlow apocromatica 2x e un tubo di prolunga per ottenere un rapporto focale intorno a f/40 e un filtro IR-pass da 700 nm. I frame sommati sono, da sinistra a destra: 500, 462 e 315. Conclusione Seguendo i consigli e le procedure descritte, è possibile condurre osservazioni e riprese dettagliate ed utili, senza dover fare sacrifici durante le ore notturne. La strada da seguire è certamente un po più complicata, ma a volte, come nel caso di Mercurio, questa si rivela l unica soluzione per poter ottenere buoni risultati. Qualunque sia la vostra aspettativa, dall ottenere immagini scientificamente valide al semplice emozionarsi di fronte allo spettacolo dei satelliti galileiani osservati a mezzogiorno, il cielo diurno è capace di regalarvi emozioni uniche, che però dovrete riuscire a scoprire giorno dopo giorno, perché gelosamente protette dalla luce della nostra stella.