Una valle lassù sulla Luna

Quella di Taurus-Littrow è una valle molto profonda, ancora più profonda del Grand Canyon, e infatti le montagne che si ergono da entrambi i lati arrivano a misurare dai 1800 ai 2100 metri, dal punto più basso della valle, e sono illuminate da un sole ancora più brillante di quello che si può trovare su un ghiacciaio o nel deserto, ma si stagliano contro un cielo nero, un cielo talmente nero che non si riesce neanche a vederlo dalle stampe delle fotografie che purtroppo non rendono il contrasto che gli occhi percepiscono lassù.

(Commento di Harrison Schmitt – astronauta della missione Apollo 17 – dicembre 1972)

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Noi, qui giù sulla Terra, immersi nell’atmosfera, possiamo percepire nella notte un cielo in sfumature di grigio. Perché il grigio si avvicini quanto più possibile al nero, si devono verificare alcune condizioni sulle quali non possiamo intervenire; le due principali sono l’assenza della Luna e un valore di umidità dell’aria quanto più basso possibile. Infatti le particelle di vapor d’acqua presenti nell’aria sono un ottimo mezzo per la diffusione della luce.
Quindi se non c’è la luna nel cielo, non ci sono fonti che potrebbero interferire con le particelle d’acqua, comunque presenti in concentrazione varia. Questo è stato vero finché l’uomo, non ha inventato l’illuminazione artificiale e progressivamente inondato le strade, i paesi, le metropoli, con flussi esagerati di luce.

Ecco le prove:

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NASA Photo ID ISS041-E-90188 – Date taken 2014.10.21

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NASA Photo ID ISS043-E-93564 – Date taken 2015.04.08

Questi un paio d’esempi di quello che possono vedere dalla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) gli astronauti che, a 400 km d’altezza, sorvolano la Terra. È facile intuire che la luce che si vede da lassù è inutilmente sfuggita al compito che le era stato assegnato: illuminare le attività umane sulla terra.

Potrebbe giovare a qualcuno questa dispersione, oltre agli astronauti che possono vedere i segni dell’antropizzazione e sentirsi più vicini a casa? A nessun altro, anzi, è dannosa per i processi biologici della vita di piante e animali che hanno bisogno di cicli ben definiti di luce e buio (tra gli animali consideriamo anche H. sapiens). Infatti per descrivere questo fenomeno è stata coniata la definizione di “inquinamento luminoso”.
Se vogliamo guardarci un po’ più da vicino, c’è anche un’altra categoria che viene danneggiata da questo inquinamento. Coloro che per professione o per passione studiano lo spettacolo più straordinario che va in scena dai tempi appena successivi al Big Bang e che si svolge sulla nostre teste: il firmamento. La luce degli astri viene irrimediabilmente disturbata da questo rumore di fondo che l’uomo stesso produce con la luce che disperde verso l’alto.
E allora la domanda che sorge spontanea potrebbe essere: “visto che ormai dominiamo le scienze e la tecnologia, possiamo estirpare il fenomeno?”
L’ottimista risponderebbe senza esitazione: “non ancora”.

E nel frattempo? Beh, nel frattempo possiamo adottare delle misure di mitigazione del fenomeno. E per questo ci sono accortezze, buone pratiche, metodi, tecnologie degli apparecchi d’illuminazione, e persino leggi regionali, che prevedono misure di contenimento del fenomeno.

E ci sarebbe anche un lieto fine … si risparmia!

Vladimiro Ercolino
Sezione Inquinamento Luminoso

 

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Misura automatica della qualità del cielo notturno

Per chi è impegnato nell’astronomia, la qualità del cielo notturno è un parametro con il quale di solito si devono fare i conti. Nel corso degli anni, il cielo è diventato un problema crescente per le attività di astronomi dilettanti e professionisti.
C’è uno strumento che è il più utilizzato per la misurazione della qualità del cielo: lo “Sky Quality Meter” di Unihedron. Questo dispositivo hardware (fondamentalmente un fotometro) è disponibile con diverse interfacce, che permettono varie opzioni per il collegamento a un computer:

  • Interfaccia RS232
  • Interfaccia USB
  • Interfaccia Ethernet (SQM-LE)

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Sky Quality Meter – LE

Molte organizzazioni nel mondo centralizzano le misure per monitorare il fenomeno e studiarne l’andamento in funzione di aspetti climatici e ambientali. Per questo, nello scorso agosto, all’Oservatorio “F. Fuligni” abbiamo implementato una stazione automatica basata su Raspberry Pi con la quale facciamo misurazioni del buio. L’idea è quella di avere un computer 24hx7 con un SQM-LE collegato in rete per collezionare i dati su un sito in cloud. Il costo, le dimensioni e il consumo elettrico sono aspetti importanti di questo computer e per questo una stazione basata su Raspberry Pi diventa una soluzione interessante.

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Raspberry Pi

La stazione automatica ha queste peculiarità:

  • Piccole dimensioni e un basso consumo energetico
  • Il software funziona senza interazione umana
  • La stazione deve essere robusta: il recupero da un eventuale disservizio temporaneo della rete elettrica o della rete dati è automatico (nei limiti del possibile)
  • I dati sono archiviati su un server remoto, accessibile da chiunque
  • La stazione comunica le informazioni amministrative, come il ripristino o qualsiasi problema rilevato attraverso l’invio automatico di email
  • Il sistema è accessibile da remoto per la manutenzione e configurazione: il protocollo SSH e il reindirizzamento della porta IP del router si sono dimostrati utili nella realizzazione di queste funzionalità

Abbiamo usato componenti software Open Source, principalmente basati sul linguaggio Python e Shell Script di Linux. PySQM è il cuore del sistema. È stato sviluppato presso il centro “Extragalactic Astrophysics and Astronomical Instrumentation group of the Universidad Complutense de Madrid” da Mireia Nievas (UCM) con l’inestimabile contributo di Jaime Zamorano (UCM), Laura Barbas (OAN) & Pablo de Vicente (OAN). L’adattamento su Rasberry Pi è stato sviluppato da Rubén Díez Lázaro e il prototipo è stato ottimizzato presso l’Osservatorio Astronomico di Forcarei (OAF).

 

SKY QUALITY METER – DEFINIZIONI

Lo strumento SQM-LE fornisce letture in magnitudini per secondo d’arco quadrato, abbreviato in: mpsas (o più comunemente SQM), e scritto matematicamente come:

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La magnitudine, e quindi mpsas, è una misura logaritmica il che significa che grandi cambiamenti di luminosità del cielo corrispondono a una variazione relativamente piccola del valore numerico SQM.

Una differenza di 5 magnitudini equivale a un fattore di 100 volte l’intensità. In altre parole una luminosità del cielo 5.0 mag/arcsec2 corrisponde ad una riduzione del tasso di arrivo dei fotoni di un fattore 100.
Il seguente schema dà una vaga idea di come interpretare le letture del valore SQM:

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La magnitudine apparente è un’unità di misura astronomica per la luminosità degli oggetti nel cielo. Gli oggetti più luminosi hanno una grandezza inferiore e oggetti flebili hanno un valore di grandezza superiore. Per esempio; una stella che è di 6a magnitudine è più luminosa di una stella che è di 11amagnitudine.

La stella Vega viene utilizzata come punto di riferimento di una grandezza ≈ 0. La tabella seguente mostra la magnitudine apparente di alcuni oggetti celesti noti.

mag apparente

Oggetto astronomico
-26,73 Sole
-12,6 Luna piena
-4,7 Massima luminosità di Venere
0,03 Vega (riferimento 0)
6 Stelle più deboli osservabili ad occhio nudo
27 Stelle più deboli osservabili con telescopio terrestre da 8m di diametro
30 Stelle più deboli osservabili con Hubble Space Telescope

L’arcsecondo è la definizione di un arco ed è suddiviso in secondi come segue:

  1. Ci sono 360 gradi in un cerchio
  2. Ci sono 60 minuti d’arco in un grado e 21600 minuti d’arco in un cerchio
  3. Ci sono 60 secondi d’arco in un minuto d’arco, e 1296000 secondi d’arco in un cerchio

Il secondo d’arco quadrato (arcsec2) è l’area coperta da un quadrato di 1 secondo d’arco per 1 secondo d’arco.
La magnitudine per secondo d’arco quadrato è la definizione di luminosità della grandezza distribuita su un secondo d’arco quadrato del cielo. Per esempio; se lo strumento SQM fornisce una lettura di 20,00 mpsas, sarebbe come dire che la luminosità di una stella di ventesima magnitudine è stata distribuita su un secondo d’arco quadrato del cielo.
I valori di “grandezze per secondo d’arco quadrato” sono comunemente usati in astronomia per misurare la luminosità del cielo. Maggiori dettagli possono essere trovati su “Radiometry and photometry in astronomy“.
Ogni grandezza inferiore (numericamente) significa poco più di 2,5 volte maggiore di luce proviene da una determinata porzione di cielo. Una variazione di 5 mpsas significa che il cielo è 100x più luminoso.
Inoltre, una lettura superiore a 22,0 è improbabile che possa essere registrata e la più oscura che qualcuno ha sperimentato con lo SMQ, in zone molto remote, è 21,80.

Vladimiro Ercolino
Sezione Inquinamento Luminoso

 

Misura della qualità del cielo notturno all’Osservatorio Astronomico “F. Fuligni”

All’Osservatorio Astronomico “F. Fuligni” abbiamo portato a temine un nuovo sistema di monitoraggio locale della qualità del cielo notturno basato su software Open Source. A seguito di un periodo di test ed ottimizzazione, iniziato nel mese di agosto, finalmente possiamo rilasciare uno strumento stabile e fruibile da chiunque sia interessato al fenomeno.

Vediamo come funziona, come si leggono le misure e come consultare l’archivio storico.

Al tramonto inizia la collezione delle misure di un fotometro (Unihedron SQM-LE) montato sul tetto dell’Osservatorio. Rispetto ai dati che verranno riportati sul grafico, viene eseguito un sovracampionamento per migliorare il rapporto segnale rumore del dato acquisito. Ogni 15 valori utili viene aggiornato il grafico.

Il risultato tipico è questo:

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Alcune indicazioni su come leggerlo: sono visualizzati due distinti grafici ma il dato di partenza è lo stesso.

Nel grafico “A” viene visualizzato il valore SQM in “y” e, in funzione dell’altezza,  i gradi del Sole rispetto all’orizzonte in “x”. Ovviamente a noi interessano i valori dell’angolo negativi. Vedremo questa traccia allungarsi o contrarsi nell’escursione massima dell’ascisse in funzione della stagione. La traccia presenta due colori; verde per le ore pomeridiane e blu per quelle antimeridiane. Sono inoltre calcolate le effemeridi della Luna e rappresentate nella leggenda, la percentuale del disco illuminato e l’altezza massima a cui arriverà il nostro satellite nell’escursione tra la propria alba e tramonto rispetto al punto di osservazione.

Nel grafico ”B” vediamo i valori misurati in funzione del tempo; anche qui i colori della traccia evidenziano le ore pomeridiane e antimeridiane. Ci sono due linee verticali tratteggiate che delimitano il periodo del crepuscolo astronomico tra il tramonto e l’alba del Sole. Quando visibile, lo sfondo del grafico rosa indica la presenza della Luna sopra l’orizzonte. Gli orari sono sempre indicati in UTC+1 senza tener conto dell’introduzione dell’ora legale.

Nell’esempio qui sopra abbiamo registrato un valore massimo di 20,202 mag/arcsec2 che, considerando la vicinanza con la capitale, è un buon risultato, misurato anche grazie a favorevoli condizioni meteo. Leggendo attentamente la curva, le condizioni di trasparenza sono migliorate gradualmente sino ad un raggiungimento di un picco intorno alle 2:30 per poi degradare nuovamente.

Altro esempio:

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Qui, contrariamente al grafico precedente, la curva è frastagliata e sono presenti avvallamenti molto profondi. La lettura di questa curva ci fornisce informazioni aggiuntive sulla presenza di nubi che, diffondendo molto bene la luce artificiale o quella della luna, fanno decadere drasticamente i valori misurati. Ci sono inoltre momenti in cui il valore di SQM è intorno a 20 per un periodo di decine di minuti. In questi casi la curva ci indica che il cielo si e liberato della nuvolosità e ha raggiunto buoni livelli di trasparenza e quindi di buio.

Il sistema prevede inoltre l’archiviazione delle misure che possono essere consultate a richiesta. Ci sono le misure attuali, le cartelle dei Dati_Giornalieri e dei  Grafici_Giornalieri dove risiedono gli archivi storici.

Nelle pagine di questo sito, sulla barra laterale sinistra, è sempre disponibile un’anteprima del grafico corrente. Cliccando sull’anteprima si apre una nuova finestra con l’immagine del grafico completo.

Vladimiro Ercolino
Sezione Inquinamento luminoso