Un rivelatore di particelle elementari nascosto nella vostra macchina fotografica

La foto della galassia, con il raggio
cosmico indicato dalla freccia

Lo sviluppo delle macchine fotografiche digitali ci consente di avere a nostra disposizione uno strumento astronomico potentissimo, anche senza utilizzare un telescopio. In alcuni post precedenti è stato accennato a come osservare pianeti e  lune, studiare  la luce delle stelle ed  effettuare anche  una semplice analisi spettrale.

Il rivelatore al silicio della macchina fotografica può essere utilizzato anche come rivelatore di particelle elementari. I raggi cosmici che colpiscono la terra sono per lo più assorbiti dall'atmosfera terrestre, per cui al livello del suolo abbiamo per lo più muoni, fratelli maggiori degli elettroni in quanto più massivi. 

Nel corso di una sequenza di foto ho avuto la fortuna di trovare una traccia di un raggio cosmico che ha colpito direttamente la CCD della macchina fotografica. Non si tratta di luce, in quanto le stelle - idealmente puntiformi - appaiono nella foto come piccoli dischi di qualche pixel di estensione. 

E' possibile cercare di risalira a che particella fosse da questi indizi:

Uno zoom del raggio cosmico, la cui interazione
con il sensore della macchina fotografica
ha dato la traccia bianco/porpora verticale.
I cerchietti luminosi sono le stelle, non
perfettamente a fuoco. 

1) Il sensore della Canon Kiss X3 è 22.3 * 14.9 mm, con ciascun pixel delle dimensioni di 4.7 micron. La traccia è lunga circa 90 pixel, quindi circa 450 micron nel silicio.

2)  L'elevato rilascio di energia ha prodotto una traccia molto "luminosa", bianco / violetta, probabilmente originata in basso a sinistra e diretta verso l'alto a destra. 

3) La traccia non è perfettamente dritta probabilmente per lo scattering multiplo del raggio cosmico nel silicio, che si comporta come la pallina nel flipper microscopico del sensore della macchina fotografica.

 Anche se i muoni sono le particelle maggiormente presenti nei raggi cosmici, la loro interazione è quasi trascurabile e per lo più eliminata dal coating  di protezione del sensore (che scherma anche dalle particelle radioattive). Le CCD astronomiche sono più sensibili ai raggi cosmici perché volutamente sprovviste di questa protezione. Un protone di bassa energia si sarebbe fermato prima e soprattutto sarebbe "rimbalzato" di meno nel silicio del sensore. 

L'indiziato principale dovrebbe essere un elettrone od un positrone (elettrone positivo), prodotto nelle  interazioni nell'atmosfera.

Il numero di eventi è comunque molto basso, uno per nottata o meno, ma ciò non dovrebbe far scoraggiare. L'esperimento è molto semplice e può essere ripetuto dentro casa, avendo cura di lasciare la macchina fotografica in condizioni di buio perfetto.

Sommando qualche decina di foto si evidenzia
la traccia delle stelle nel cielo notturno.
La galassia appare come una nuvola indistinta.

L'allineamento del 28 febbraio: un colpo d'occhio per apprezzare le distanze interplanetarie e l'eclittica.

Allineamento del 28 febbraio 2012: Luna Giove, Venere e
Mercurio.  Quest'ultimo pianeta è molto meno luminoso
 degli altri ed è visibile solo nel  pannello
a lato o  ingrandendo la foto.
Foto scattata da Salt Lake City, Utah,
con una camera digitale tenuta in mano. 

Il 28 febbraio è stato possibile ammirare la Luna, Giove (già trattati qui), Venere e Mercurio allineati poco dopo il tramonto.  La vista stessa di Mercurio è piuttosto rara: trovandosi a meno della metà della distanza tra la Terra ed il Sole (0.4 Unità Astronomiche, UA) è spesso troppo vicino al Sole per essere osservato. 

Nonostante le condizioni meteorologiche non ideali, lo spettacolo è stato splendido,  vedere questi corpi celesti sulla stessa retta rappresenta infatti ben più che una curiosa coincidenza: vuol dire poter percepire con un colpo d'occhio l'eclittica del nostro sistema solare. 

Al di là delle sciocchezze astrologiche, l'eclittica è il piano in cui giacciono le orbite dei pianeti del nostro sistema. Poterla ammirare senza l'ausilio di strumenti o cartine permette di godere della bellezza del nostro cielo  direttamente, quasi  toccando con mano le leggi di Keplero e Newton che regolano il moto dei corpi celesti. 

 Venere e Mercurio si trovano a
0.4 Unità Astronomiche di
distanza l'uno dall'altro

E' anche possibile  avere una sensazione diretta delle distanze astronomiche: Venere orbita a circa 0.7 UA e dista quindi 0.4 UA da Mercurio (tralasciando piccoli effetti prospettici). Con un colpo d'occhio è possibile dunque  avere un'idea di cosa sia una distanza di 60 milioni di chilometri (1).  Qui è possibile vedere in tempo reale la posizione dei vari pianeti: ad esempio Giove è a 5.5 UA, ma - a causa della prospettiva sembra molto vicino a Venere.

Inoltre, osservando con attenzione la posizione dei pianeti.  è possibile vedere come i pianeti non siano perfettamente allineati: infatti Mercurio ha un'inclinazione di circa 7 gradi (rispetto al piano orbitale della Terra, arbitrariamente assunto come riferimento), mentre Venere ha 3.3 gradi e Giove appena 1.1 gradi (la Luna è inclinata di circa 5 gradi, come è possibile vedere in questo post successivo). Anche in questo caso possiamo renderci conto ad occhio nudo delle orbite altrimenti invisibili dei pianeti....

Posizione dei pianeti e del Sole
Il 28 febbraio (da heavens-above.com)

(1) Per esser più precisi quella che vediamo è una distanza angolare che dipende anche  da quanto lontano i pianeti si trovano:  Venere e Mercurio si trovavano entrambi a circa 1UA e dunque erano separati da circa 23 gradi.