Occultazione di Giove e dei satelliti medicei fotografata da Christian Fattinnanzi Invito a osservare le occultazioni lunari e asteroidali L osservazione delle occultazioni è un attività divertente che può essere fatta da chiunque abbia un attrezzatura minimale e anche solo un infarinatura di astronomia, ma che potrebbe addirittura condurre a una carriera come astronomo. Queste brevi note, redatte dalla IOTA ed adattate da me alla realtà europea/italiana, vogliono descrivere le basi di quest attività osservativa e le tecniche per osservarle. Possono aiutare il lettore a decidere se esplorare ulteriormente l argomento sotto i suoi diversi aspetti. IOTA La IOTA (International Occultation and Timing Association) è un associazione di volontari che predice, raccoglie, analizza e pubblica le osservazioni di occultazioni. Ci sono molte risorse disponibili per aiutarvi a cominciare questa avventura. La UAI, Unione Astrofili Italiani tramite la sua Sezione Occultazioni, è pienamente in sintonia con la IOTA. Alla fine del documento ci sono i riferimenti alla IOTA per approfondirne la conoscenza. Le basi Un occultazione avviene quando un corpo del sistema solare transita davanti a un altro più distante o a una stella, nascondendolo totalmente o parzialmente, bloccandone temporaneamente la luce. Ogni occultazione si può vedere solo nel momento in cui avviene e, spesso, solo da una porzione limitata della Terra. Ci sono essenzialmente due tipi di occultazioni: le lunari e le asteroidali, ma anche quelle di stelle da parte di comete e degli oggetti trans-nettuniani (TNO), che sono oggetti della
fascia di Kuiper (KBO) e altri. Queste ultime sono simili alle asteroidali, ma sono più difficili da osservare. Occultazioni lunari. Osservare le occultazioni lunari è divertente, ma non è oggi così importante scientificamente come nel passato. Tuttavia la loro osservazione costituisce ancora un ottima palestra per i principianti che devono apprendere come eseguire rigorosamente un osservazione scientifica. All inizio, si osserva semplicemente in visuale e poi con mezzi più evoluti, come telecamere o CCD. Queste osservazioni si fanno facilmente anche con piccoli telescopi e poca esperienza. La Luna fornisce un aiuto semplice per identificare l area del cielo in cui si trova la stella che verrà occultata. Stella Figura 1. Un occultazione lunare. Mentre si muove in cielo, la Luna proietta un ombra sulla Terra e genera un occultazione totale di una stella per gli osservatori tra i punti C e D, e un occultazione radente lungo le curve N e S. Le occultazioni sono fenomeni ideali da osservare con piccoli telescopi perché non richiedono di localizzare stelle deboli in cielo. Per osservare un occultazione lunare totale, semplicemente basta trovare la Luna e la posizione lungo il suo bordo dove è prevista l occultazione della stella mentre la Luna gli si muove davanti. A quel punto la stella dovrebbe essere vista con facilità. Poiché la Luna si muove verso Est nel cielo, le prime due settimane del ciclo delle fasi lunari sono il periodo migliore per osservare le sparizioni delle stella in quanto il bordo lunare che avanza non è illuminato dal Sole fino alla Luna Piena. Similmente, le ultime due settimane del ciclo delle fasi, sono il periodo migliore per osservare le riapparizione delle stelle, perché la Luna le scopre dal lato che recede che è quello non illuminato dal Sole. I principianti dovrebbero cominciare a osservare le occultazioni lunari totali (che accadono ogni notte quasi ovunque sulla Terra) per poi passare alle occultazioni radenti che avvengono in prossimità dei poli lunari Nord e Sud. Questi eventi sono più rari e richiedono spesso di muoversi nell area di osservabilità. Poiché queste aree lunari sono generalmente in ombra, l osservazione delle radenti è più facile per il maggior contrasto che si ha. In una radente, un osservatore nel posto giusto della Terra vedrà la stella scintillare (sparire e ricomparire) molte volte mentre passa lungo le montagne e le valli del bordo Nord o Sud della Luna
. Figura 2. La geometria di una radente: la proiezione del bordo lunare sulla Terra. Figura 3. Mentre la Luna si muove, la stella scompare e riappare dietro le montagne e la valli del bordo. Dopo aver fatto l esperienza di quanto sia interessante osservare le occultazioni lunari, si è pronti per il prossimo passo, le occultazioni asteroidali. Le occultazioni asteroidali. Per queste occultazioni non è necessario che l asteroide sia visibile con il proprio strumento, solo la stella che verrà occultata deve esserlo. L asteroide è normalmente diverse magnitudini più debole e per la maggior parte del tempo esso non sarà visibile nel telescopio. Le previsioni fornite dalla IOTA (e dalla UAI) forniscono informazioni sul tempo previsto del fenomeno, sulla diminuzione della luce della stella e sulla durata del fenomeno (diversamente dal caso dalle radenti). Un osservatore si deve attendere di osservare una sola sparizione e una sola riapparizione, anche se non sono infrequenti gli eventi multipli dovuti a satelliti (spesso ignoti) dell asteroide. Figura 4: un'occultazione asteroidale. Mentre l'asteroide si muove sulla sua orbita, si crea un'ombra alla luce della stella che verrà occultata. L'ombra (di dimensioni uguali all'asteroide) si muove sulla Terra. (Il disegno non è in scala)
Nella figura 5, si nota come più osservatori possono delineare l ombra dell asteroide. In questo modo si può determinare il profilo dell asteroide, un informazione difficile o impossibile da ottenere se non andandoci vicino con una sonda! Cosa serve in termini di conoscenza e di strumentazione La cosa più importante è registrare e determinare gli istanti di ogni variazione nella luce della stella. Una video camera e una titolatrice che inserisce il tempo preso da un GPS (GPS time inserter) sono gli strumenti migliori poiché nuvole passeggere o un seeing scarso possono confondere l osservazione visuale. Al posto del sistema video e del GPS time inserter si può usare la registrazione audio di un segnale orario (DCF 77 in Europa) con sovrapposta la voce dell osservatore che pronuncia D per le sparizioni o R per le riapparizioni. Bisogna anche avere la capacità di riconoscere le stelle nel cielo, un telescopio con o senza un motore d inseguimento e un accesso ad internet (dalla postazione da dove si osserva, normalmente a casa). Non ci si deve fidare totalmente delle funzioni GOTO dei telescopi per trovare la stella soggetta ad occultazione. È indispensabile imparare a usare le carte celesti e, in particolare, sapere come saltare da una stella all altra fino alla stella occultata che potrebbe avere magnitudine da 6 a 13 a seconda della difficoltà dell occultazione. Questo è un campo in cui le occultazioni possono fornire reali possibilità di scoprire stelle doppie sconosciute, di determinare la forma e la dimensione degli asteroidi e di scoprire anche nuovi satelliti di asteroidi! Per osservare un occultazione lunare totale serve: a. Un telescopio b. Un registratore per la voce a nastro o digitale c. Un ricevitore radio sulla frequenza del segnale orario DCF 77 o un GPS d. La previsione del tempo del fenomeno dal posto di osservazione Si comincia osservando una stella che sta per essere occultata dalla Luna, registrando il tempo del fenomeno e poi riportando i dati della vostra osservazione su moduli appositi e inviandoli alle organizzazioni che li raccolgono (vedi più avanti). Il passo successivo è di mettere a frutto le nuove capacità maturate con l osservazione delle occultazioni lunari per osservare (e possibilmente registrare con la stessa strumentazione) un occultazione asteroidale. Le previsioni vengono dalla rete Planoccult o dal sito di Steve Preston (www.asteroidoccultation.com) che indica l area geografica di migliore visibilità di ciascun evento, fornisce l informazione su ciascuna occultazione e una carta del cielo centrata sulla stella occultata; poi il sito www.poyntsource.com/new/global.htm dà accesso a mappe interattive molto dettagliate per la scelta del sito osservativo con le coordinate geodetiche precise. Il Manuale IOTA, nell appendice F, indica come compilare il rapporto dell osservazione. Se queste osservazioni vi saranno piaciute, potete passare alla fase successiva che consiste nella registrazione video dell occultazione asteroidale ma richiede un investimento di almeno 600-800 euro per acquistare una video camera sensibile (per esempio una Watek), una batteria, un camcorder (o un registratore digitale o una scheda di acquisizione video per PC). La spesa maggiore è per il Time inserter, un dispositivo
che sovrappone all immagine registrata la marca temporale ricavata o da un ricevitore GPS o da un ricevitore radio. Il time inserter che usa il GPS identificherà e registrerà anche la latitudine e la longitudine. Il tempo universale (UT) del fenomeno sarà sovrapposto sul video in tempo reale con la precisione di 1/100 di secondo. L osservazione di occultazioni di stelle brillanti, normalmente richiederanno un viaggio: solo poche volte all anno l ombra (larga 20-250 km) passerà proprio solo la vostra casa! Essendo disposti a muovervi avrete l opportunità di osservare molti più fenomeni. Per saperne di più sulle occultazioni asteroidali leggete il capitolo 6 del Manuale IOTA mentre il capitolo 8 spiega in dettaglio le tecniche di rilievo dei tempi (timing). Occultazione lunare totale: Due fotogrammi che mostrano l uso del Time inserter GPS Sinistra: la stella poco prima di essere occultata dalla Luna. Destra: la stella è stata occultata dal lembo scuro della Luna. Notare l incremento di 0,033 secondi tra il frame sinistro e quello destro. Il lembo lunare oscuro è appena visibile e la parte illuminata della Luna è visibile appena in alto a destra Sinistra: Si legge 3h 47m 30,571s, 26 Marzo 2010 Destra: si legge 3h 47m 30,607s, 26 Marzo 2010, cioè 0,033 secondi più tardi. L osservatore isolato rispetto a più osservatori. Sia per le occultazioni lunari che per quelle asteroidali un solo osservatore fornisce un dato singolo, a meno che egli sia tanto esperto da gestire più di una stazione osservativa remota. Perciò c è grande bisogno di squadre di osservatori che si coordinino per aumentare la quantità di dati raccolti per ciascuna occultazione. OccultWatcher è un programma che permette agli osservatori di condividere con altri le rispettive posizioni osservative. Ciascun osservatore inserisce la propria posizione che compare come un icona sulla mappa del percorso dell ombra. Ciò permette di evitare duplicazione dei siti e di ottimizzare la copertura del fenomeno. Un coordinamento preliminare degli osservatori dovrebbe essere fatto per massimizzare i risultati e contrastare il maltempo. Un osservatore esperto dovrebbe assumersi la responsabilità di aiutare ad addestrare i novizi su come leggere le previsioni e come raccogliere con successo i dati osservativi. Lo scopo, oltre a divertirsi, è di raccogliere informazione che
potrà essere scientificamente utile. Rimanere disciplinati e aderenti alle istruzioni ricevute aiuterà a raggiungere quest obiettivo. Per le radenti, un solo osservatore può campionare solo una piccola fetta del terreno lunare mentre al stella alternativamente scompare e riappare. Con più osservatori collocati in posti differenti e perpendicolari al primo, si coprono più fette a nord e a sud fino al punto in cui l osservatore più distante non vede alcun fenomeno. Ciò permette di disegnare il profilo delle montagne lunari visibili al bordo. Una occultazione definita miss (nessuna occultazione visibile) può sembrare un fallimento mentre, invece, è utile scientificamente per definire i limiti superiori delle formazioni lunari. Per ragioni differenti, una squadra di osservatori è necessaria anche per le occultazioni asteroidali, data la minore affidabilità delle previsioni. Un osservatore singolo può o può non vedere l occultazione, ma una rete di osservatori ben spaziati può aiutare ad assicurare che effettivamente c è stata un occultazione e delineare le zone dove questa non è stata visibile. Ciò dà indicazioni precise sulla qualità della previsione e può definire accuratamente la dimensione dell asteroide dedotta dalla sua ombra. Ciò che un osservatore dovrebbe vedere Un occultazione lunare totale fa vedere la stalla scomparire e poi riapparire qualche decina di minuti più tardi. Per le radenti, un osservatore deve attendersi di vedere la stella con continuità mentre si avvicina al bordo lunare, poi intermittentemente mentre si muove dietro le formazioni lunari, poi nuovamente con continuità mentre la Luna si allontana. La sequenza di eventi dura tipicamente da meno di un minuto fino anche a 4 oltre minuti. Le previsioni sono in genere abbastanza accurate: l idea è di misurare accuratamente il tempo di ciascuna sparizione, lampeggio (blink), diminuzione parziale, riapparizione e qualsiasi altro fenomeno ottico visibile durante la radente. Tutto questo si fa meglio con una video camera sensibile al fuoco del telescopio perché la combinazione occhio-cervello non reagisce con sufficiente velocità ai fenomeni multipli in rapida successione. Eventi parziali (con la stella che non scompare o riappare istantaneamente, ma gradualmente) possono talvolta essere osservati. Può trattarsi in tali casi dell occultazione di una stella doppia. Come si può vedere nel precedente diagramma della proiezione del bordo lunare sulla superficie della terra, una squadra di osservatori serve per mappare l intero bordo. Essi dovrebbero essere distribuiti perpendicolarmente al percorso dell ombra per coprire l intera altezza delle montagne lunari come proiettata sulla Terra più la Luna è bassa sull orizzonte, più lunga sarà la loro proiezione. Alcuni asteroidi hanno satelliti che gli orbitano intorno. Mentre l asteroide si muove nella sua orbita, proietta un ombra sulla terra. Raramente, un satellite sconosciuto che si muove con l asteroide, dà l opportunità di una scoperta. Tali occultazioni secondarie in genere avvengono +/- un minuto dell occultazione principale e sono di brevissima durata, una frazione di secondo, e possono avvenire abbastanza lontano dal percorso previsto dell ombra. Potreste essere la persona che scopre un nuovo satellite dell asteroide!
Occultazione di un satellite di un asteroide. Talvolta un satellite di un asteroide può gettare una piccola ombra che si muove in parallelo con quella dell asteroide principale (diagramma non in scala) In molti casi una previsione non porterà a un osservazione. Ciò può essere dovuto a dati non precisi sulla posizione della stella o dell orbita dell asteroide. Singolarmente o in combinazione, tali errori contribuiscono a ciò che si chiama una miss, un occultazione mancata. A differenza di altre branche dell astronomia, tali dati negativi sono comunque utili perché servono a delimitare la dimensione dell asteroide, analogamente al caso delle occultazioni lunari radenti. Che me ne viene in tasca dall osservare le occultazioni? Certamente, non soldi! L osservazione delle occultazioni è principalmente il risultato di astronomi non professionisti che lavorano per ampliare la conoscenza del nostro sistema solare. Il temine astronomo non-professionista (detto anche astrofilo) indica un lavoro volontario (e generalmente non retribuito). Ma esistono anche professionisti astrofili! Bisognerà comprarsi da soli il telescopio, l apparecchiatura per il timing, la videocamera, e gli altri strumenti per l osservazione. Ciò non esclude che localmente si possano cercare e ottenere finanziamenti da privati o da enti pubblici come viene fatto ad esempio per molte discipline sportive, ma non bisogna farci affidamento! Il bisogno di un timing accurato. Senza una registrazione accurata del tempo, il contributo scientifico delle osservazioni diviene quasi nullo. Se si stanno registrando vocalmente i tempi in un registratore audio mentre si osserva al telescopio, il tempo di reazione (cioè la differenza tra l istante in cui si vede il fenomeno e quello in cui lo si registra vocalmente) varia da una frazione di secondo a molti secondi a seconda del livello di esperienza dell osservatore e di molti altri fattori. Il timing dovrebbe avere un accuratezza di millisecondi (0,033 s). Questo si raggiunge con la registrazione video e il Time Inserter GPS. Osservatori principianti che osservano visualmente possono usare un registratore audio a nastro per memorizzare vocalmente i fenomeni, ma se si analizzano molte di queste osservazioni, si trova rapidamente che ci sono errori significativi nel processo di osservazione visuale. Il miglior modo di registrare un occultazione di qualsiasi tipo è con una video camera sensibile, un time inserter GPS e un registratore analogico o digitale, non con un computer. Anche se l uso di un computer portatile sembra il metodo ideale di registrare il tempo utilizzando un applicazione che
gestisca una scheda di acquisizione, bisogna sapere che il sistema può avere dei ritardi interni fino un decimo di secondo. L astrofilo austriaco Gerhard Dangl, sul suo sito web spiega come fare a ottenere timing corretti con un laptop: http://www.dangl.at/menu_gge.htm L importanza del timing e della vostra posizione sul suolo. Il tempo è il fattore più importante nelle osservazioni di occultazioni per due ragioni. Prima ragione: dovete determinare il tempo più accurato possibile delle vostre osservazioni. Seconda ragione: avete bisogno di tempo per pianificare l osservazione. Bisogna definire una scaletta: scegliere il posto dove osservare (se non è casa), raggiungerlo, garantire la sicurezza dell osservatore (cani randagi, malintenzionati, sempre meglio avvertire i Carabinieri ), preparare il telescopio e tutta la strumentazione necessaria, essere pronti ad affrontare gli imprevisti, individuare la stella occultata e finalmente osservare l occultazione. Sono molti i fattori che possono alterare questa scaletta. Inoltre la posizione del telescopio dev essere nota almeno entro ±100 metri per le occultazioni asteroidali e ±10 metri per quelle lunari totali o radenti. Anche l altezza s.l.m. dev essere nota entro ±5 metri. Il time inverter GPS mostra le coordinate sul video, oppure queste si possono determinare con un ricevitore GPS portatile e/o con una mappa topografica online (per esempio Google Earth). La riduzione dei dati I dati osservativi prodotti dalle vostre osservazioni si posso ridurre con programmi dedicati come LiMovie o Tangra che leggono il file video con la registrazione (tipicamente in formato AVI) e lo analizzano per identificare gli eventi di occultazione. Entrambi i programmi sono gratuiti, molto precisi e semplici da usare: potete imparare a usarli facilmente da soli. Inoltre sono usati da molti astrofili esperti cui si possono rivolgere eventuali richieste di chiarimento. Un ottima guida all uso di questi strumenti si trova sul sito dell associazione Neozelandese: (http://occultations.org.nz/videotime/rasnz_videooccmanual_v1_2.pdf)
Qui sopra vedete la curva di luce di una stella prima, durante e dopo un occultazione. Entrambi i grafici sopra mostrano la caduta della luce di una stella dovuta al passaggio, durato 13 secondi, dell asteroide 372 Palma davanti alla stella A sinistra, la curva analizzata da LiMovie. Si vedono chiaramente i fotogrammi corrispondenti alla scomparsa e alla ricomparsa della stella (ogni punto blù rappresenta un fotogramma video, a intervalli di 0,033 s) A destra la stessa analisi con il programma Tangra in cui i punti verdi rappresentano le misure di una stella di campo la cui luminosità rimane costante. L importanza dei riduttori di focale Trovare la stella occultata rappresenta la maggiore difficoltà nel caso di occultazioni asteroidali. È bene usare il campo visivo più ampio possibile specialmente in caso di stelle deboli. A questo scopo è molto utile un riduttore di focale, senza il cui uso il tempo per trovare la stella può diventare molto lungo o rendere l osservazione impossibile se non si è abituati a farlo o si ha poco tempo a disposizione. Fonti di informazioni utili La prima fonte di informazione da usare è certamente il Manuale della IOTA. Potete andare anche sul sito della IOTA per le informazioni chiave, i metodi da usare e i nomi delle persone più esperte da consultare. La IOTA pubblica il Journal of Occultation Astronomy (JOA) che documenta tutta l attività svolta dai membri dell associazione. Ottenere suggerimenti e comunicare cogli altri appassionati La IOTA fornisce un servizio IOTA list server: (https://groups.yahoo.com/neo/groups/iotaoccultations/info) che può essere usato per comunicare tempestivamente con gli altri osservatori in caso di eventi importanti. Lo si può usare anche per raggiungere persone chiave e ottenere suggerimenti. NON È UNO STRUMENTO PER CONVERSAZIONI BANALI. La pianificazione e il coordinamento tra osservatori locali dovrebbe essere fatto tramite telefono, email o altri strumenti di comunicazione; la migliore comunicazione è quella diretta (e magari visiva tramite Skype). Ma lo IOTA list server può essere un aiuto importante per ottenere risposte a domande in caso stiate incontrando difficoltà specifiche. Contiene molte foto, file, grafici e cartine che possono già contenere la risposta alle vostre problematiche: studiatele bene prima di chiedere aiuto.
I risultati delle osservazioni Esistono appositi moduli per registrare e inviare le vostre osservazioni delle occultazioni sia lunari che asteroidali. Sono stati preparati sulla base di un esperienza pluriennale e richiedono l informazione minima e sufficiente per rendere utili le vostre osservazioni. I moduli per le occultazioni asteroidali si trovano qui: http://www.asteroidoccultation.com/observations/forms/asteroidreportforms.html Quelli per le occultazioni totali sono in formato Excel e li trovate qui: http://www.timerson.net/iota/lunaroccultationreportformv2.0c3.xls Questi moduli sono anche descritti nel Manuale IOTA. Tramite il programma Occult Watcher potete anche fornire l informazione per molti dei campi richiesti dai moduli. Riconoscimenti Oltre al semplice piacere che si prova nel fare queste osservazioni, il vostro lavoro può portarvi a essere citati in una pubblicazione scientifica o anche come co-autori di un articolo tecnico; può anche produrre una scoperta che vi verrà accreditata da qualche società astronomica professionale. Spesso lavori basati sulle osservazioni delle occultazioni sono presenti nei congressi scientifici. Alcuni astrofili hanno avuto anche il riconoscimento di vedere il proprio nome assegnato a un nuovo asteroide o hanno ricevuto il riconoscimento dell Homer DaBoll Award assegnato dalla IOTA a che consegue risultati importanti in questo campo. Associarsi alla IOTA L International Occultation Timing Association sarà ben lieta se aderite. Pagando la quota d iscrizione (per la Sezione Europea si tratta di 20 Euro all anno) si ha accesso la gruppo IOTA su Yahoo e dà diritto a ricevere il periodico JOA in formato PDF. Va detto che tutti i servizi offerti ai membri della IOTA sono forniti gratuitamente da altri membri IOTA. Si ha bisogno solo del tempo dedicato da ognuno alle osservazioni e/o alla loro analisi e pubblicazione. Riferimenti IOTA IOTA ES Planoccult Manuale IOTA IOTA VTI GPS TI Occult Watcher LiMovie Tangra IOTA List Server Homer Daboll Award http://www.occultations.org http://www.iota-es.de/ http://vps.vvs.be/mailman/listinfo/planoccult http://www.poyntsource.com/iotamanual/preview.htm http://videotimers.com/home.html http://www.hristopavlov.net/occultwatcher/occultwatcher.html http://www005.upp.so-net.ne.jp/k_miyash/occ02/limovie_en.html http://www.hristopavlov.net/tangra/tangra.html http://tech.groups.yahoo.com/group/iotaoccultations/ http://asteroidoccultation.com/observations/dabollaward/daboll.htm