Lastronomia considerata generalmente una scienzavisuale ed accessibile, che si rende ideale per scopididattici. Nel corso degli ultimi anni , il telescopiospaziale Hubble della NASA1 e dellESA2 ed i telescopidellESO3 a La Silla e Paranal in Cile hanno mostratopanorami dellUniverso sempre pi profondi e spetta-colari. Comunque, Hubble ed i telescopi dellESO nonhanno fornito soltanto immagini sorprendentementenuove, ma costituiscono anche strumenti preziosi pergli astronomi. I telescopi hanno uneccellenterisoluzione sia spaziale che angolare (nitidezzadimmagine) e permettono di scrutare lUniverso pia fondo di quanto sia mai stato possibile e, dunque,trovare le risposte a questioni da lungo tempo inso-lute.Le analisi di tali osservazioni, spesso sofisticate neldettaglio, sono in alcuni casi sufficientementesemplici, in linea di principio, da offrire agli studentidella scuola secondaria lopportunit di ripeterle dasoli.Questa serie di esercizi stata prodotta dallESA,partner europeo del progetto Hubble che ha accessoal 15% del tempo di osservazione, in collaborazionecon lESO.Lobiettivo di questi esercizi di presentare agli stu-denti alcuni progetti di ricerca scientifica in modo datrasmettere loro parte dellentusiasmo e della soddi-sfazione propri della ricerca scientifica. Infatti, usan-do considerazioni geometriche e fisiche elementari,gli studenti saranno in grado di giungere a risultaticomparabili con quelli ottenuti con tecniche moltopi sofisticate e descritte nei testi scientifici piavanzati.In questa presentazione intendiamo offrire una visio-ne dinsieme delle motivazioni ed idee che sono allabase di questo progetto, insieme ad una breve descri-zione dei telescopi, della loro strumentazione e delloro modo di operare, in dettagliosufficiente dachiarire il tipo di osservazioni presentate in questiesercizi.Tutti gli esercizi sono costituiti da un testo introdut-tivo seguito da una serie di domande, misure e calco-li. Gli esercizi possono essere usati sia come libri ditesto in una tradizionale lezione in aula o, considera-to che in essi possibile trovare tutte le istruzioniper operare, essere consegnati a gruppi di studenticome parte di un progetto inserito nel PianodellOfferta Formativa.Gli esercizi sono realizzati in modo che ciascuno siaindipendente dagli altri; quindi possibile decideredi seguire solo alcuni di essi se, ad esempio, il tempoa disposizione lo renda necessario. Comunque viraccomandiamo, prima di iniziare, di leggere insiemeagli studenti la dispensa Strumenti.1National Aeronautics and Space Administration2European Space Agency3European Southern ObservatoryIntroduzione1Gli esercizi di Astronomia a cura di ESA/ESOFigura 1: Assorbimento della radiazione da parte dellatmosfera terrestreGli oggetti astronomici emettono luce su un ampio intervallo di lunghezze donda, ma soltanto alcune di esse possono penetrarelatmosfera terrestre. La maggior parte di esse infatti viene assorbita o diffusa dallatmosfera. Il diagramma mostra latrasparenza dellatmosfera in funzione della lunghezza donda. Da tale grafico si pu dedurre che la luce ultravioletta quasitotalmente assorbita o diffusa, cos come una larga frazione della radiazione infrarossa.Il telescopio spaziale Hubble stato collocato in or-bita dallo Space Shuttle Discovery il 26 aprile1990, 65 anni dopo che il pioniere della missilisticatedesco H. Oberth aveva previsto i vantaggi poten-ziali derivanti dalla possibilit di porre nello spazioosservatori astronomici, lontani dallatmosferaterrestre. La prima proposta concreta per un grandetelescopio spaziale stata sottoposta alla NASA neiprimi anni sessanta. Dopo una serie di studi difattibilit, un programma congiunto NASA/ESA sta-to finalmente approvato ed iniziato nel 1977. Inquanto a risoluzione spaziale, Hubble supera di granlunga tutti i telescopi installati a terra, anche se,con uno specchio primario di soli 2,4 m di diametro,non un grande telescopio.Le immagini raccolte dai telescopi sulla Terra sonotutte affette da distorsioni, introdotte dal passaggiodella luce attraverso gli strati turbolentidellatmosfera terrestre. Indipendentemente dallagrandezza del telescopio, questo inevitabileoffuscamento limita la risoluzione che pu essereottenuta nelle immagini astronomiche raccolte con itelescopi installati a terra, a circa mezzo secondodarco (1 arcsecondo = 1/3600 gradi). Daltra parte,nello spazio, la luce si propaga liberamente (le stellenon tremano) ed il limite di ogni telescopio deter-minato soltanto dalla qualit intrinseca delle ottichee dalla accuratezza con la quale pu essere mantenu-to il puntamento di un oggetto durante lesposizione.Per questo motivo, le immagini raccolte da Hubblesono cinque volte pi dettagliate delle stesseimmagini prese a terra. La risoluzione delle immaginiraccolte a terra pressapoco equivalente alla letturadei titoli di un giornale posto alla distanza di un chi-lometro, ma con Hubble possibile leggere altrettan-to bene anche le scritte pi piccole! soprattutto il miglioramento della qualit delleimmagini (di ben cinque volte) che rende iltelescopio Hubble cos speciale. Hubble, non solopermette agli astronomi di studiare con maggiordefinizione oggetti astronomici gi familiari, mariesce anche a rivelare e studiare oggetti prima sco-nosciuti, molto pi deboli di quelli che possibileosservare con i telescopi terrestri. In questo senso,Hubble ha espanso il volume di spazio astronomica-mente osservabile.I telescopi che operano nello spazio hanno, rispettoai telescopi a terra, anche la capacit di raccogliereun intervallo maggiore dello spettro elettromagneti-co irradiato dagli oggetti astronomici, poich non su-biscono lassorbimento causato dallatmosfera (vediFigura 1).Questo significa che Hubble, non solo pu osservaregli oggetti celesti nellintervallo della luce visibile,ma anche nellultravioletto e nellinfrarosso. La regio-ne spettrale ultravioletta di particolare importanzaper gli astronomi poich contiene la maggior partedelle cosiddette transizioni atomiche degli elementipi comuni. Tutti gli elementi chimici hanno la loropropria impronta caratteristica, sono cio in gradodi assorbire ed emettere luce di lunghezze dondaparticolari, ed individuando queste improntenello spettro degli oggetti celesti che possiamodeterminarne la composizione chimica, latemperatura e le propriet fisiche.2Il telescopio spaziale HubbleIl telescopio spaziale HubbleIl Very Large Telescope (VLT) dellESO il pi grandetelescopio ottico esistente. Alcune iniziative conlobiettivo di realizzare un grande telescopio Europeoebbero inizio gi alla fine degli anni 70. Il progettodi base del VLT stato ampiamente discusso tra gliastronomi Europei nei primi anni ottanta. Basandosisu un programma dettagliato ed un piano finanziarioassociato per la costruzione e la successiva fase ope-rativa, il consiglio dellESO diede il via al progettonel Dicembre 1987.LESO, unorganizzazione di ricerca intergovernativa, stato fondato nel 1962 da Belgio, Francia, Germania,Olanda e Svezia, con il desiderio di creare congiunta-mente un osservatorio equipaggiato con strumentiavanzati nellemisfero australe e di comune accordopromuovere ed organizzare la cooperazione tra gliastronomi. Da allora la Danimarca, lItalia, il Porto-gallo e la Svizzera sono entrate a farne parte. La GranBretagna vi entrer nel 2002. Recentemente altre na-zioni hanno espresso interesse per entrare a far partedellESO.LESO opera con due osservatori allavanguardia, Pa-ranal e La Silla. Cerro Paranal, una montagna alta2635 m (24 gradi 37 min Sud, 70 gradi 24 minOvest), situata nella parte settentrionale del Cile, a12 km dalla costa del Pacifico, 130 km a Sud di Anto-fagasta, 1200 km a Nord di Santiago del Cile, e 600km a Nord di La Silla. Il sito posto in una delle areepi aride del mondo, il deserto di Atacama. Poich ilcattivo tempo il maggior nemico degli astronomi,lESO ha condotto approfonditi studi climatici primadi scegliere Cerro Paranal come sito per il VLT. Qui,infatti, si raggiungono 350 notti serene allanno.Il VLT consiste di quattro Telescopi (UT, UnitTelescopes) da 8,2 m, misura che indica il diametrodei quattro specchi primari. Il secondario ed il terzia-rio sono molto pi piccoli. Poich la luce attraversalatmosfera terrestre le immagini dovrebbero esseredistorte (per la stessa ragione le stelle sembrano tre-molare). Il VLT utilizza un sistema di ottica adattivache stato sviluppato per correggere questo effettoindesiderato, cosicch le immagini registrate dai te-lescopi risultano nitide come se il VLT fosse nellospazio.Il VLT equipaggiato con molti strumenti astronomi-ci ad alta tecnologia. I quattro telescopi da 8.2 msono entrati in funzione alla fine dellanno 2000. Conessi sono gi stati ottenuti molti risultati scientificidi grande rilevanza.Inoltre sono in via di costruzione tre Telescopi Ausi-liari (AT) da 1,8 m. possibile usare ogni UT da soloo, quando sar terminata la costruzione degli AT,combinare tutti i telescopi in un unico strumentodetto Interferometro VLT (VLTI). Quando il VLTI sarcompletato, avr la stessa nitidezza dimmagine di untelescopio di 200 metri di diametro. Le primeosservazioni con il VLTI sono state effettuate nel2001.Figura 2: La mappa del CileSono indicati i luoghi dove sorgono i due osservatoridellESO in Cile, La Silla e Paranal.4Il VLT (Very Large Telescope) dellESOESO e VLTANTU e FORSI lavori di costruzione a Cerro Paranal ebbero inizionel 1991 e sei anni pi tardi, nel 1997, il primo deiquattro specchi arrivato alla sua destinazione fina-le. Dopo linstallazione, le prime immagini sono stateraccolte con ANTU (il primo degli UT) come previsto,il 25 e 26 maggio 1998. ANTU significa Sole nellalingua Mapuche. Gli altri tre telescopi giganti hannovisto la loro prima luce rispettivamente nel marzodel 1999, nel gennaio 2000 e nel settembre del2000.I telescopi unitari del VLT hanno una montaturachiamata altazimutale. Con questa montatura il tubodel telescopio si muove attorno allasse orizzontale(lasse di elevazione). I due portanti, che reggono iltubo, sono montati su una forcella ruotante attornoad un asse verticale (lasse di azimut) in modo dapoter puntare qualunque oggetto della volta celeste.Il 15 settembre 1998, FORS1 (FOcal Reducer andSpectrograph) stato montato su ANTU, ed ha inizia-to a fornire alcune immagini astronomiche davveroeccezionali. FORS1 e gli altri strumenti del VLT hannoaperto una ricca serie di nuove opportunita perlastronomia europea.FORS1, con il suo gemello (FORS2), il frutto di unodei pi completi ed avanzati studi tecnologici maifatti per uno strumento astronomico usato a terra.Questi strumenti sono multi-funzione possono cioessere usati in molti differenti modi di osservazione.Per esempio, possibile prendere unimmagine condue differenti fattori di ingrandimento, o spettri a ri-soluzione differente per pi di un oggetto contempo-raneamente. In questo modo, FORS pu esaminare lafoto di galassie distanti ed immediatamente regi-strarne lo spettro in modo che il tipo e le distanzedelle stelle nelle galassie possano essere subito rica-vate.Maggiori informazioni circa il VLT dellESO possonoessere trovate allindirizzo: http://www.eso.org.Figura 3: Uno schema dellinterferometro VLT5Il VLT (Very Large Telescope) dellESOESO e VLT