Osservare e fotografare Marte vicino alla Terra nel maggio 2016

Foto di Marte presa da Hubble (NASA)

Marte raggiungerà il punto di massima vicinanza dalla Terra il 30 maggio 2016. In questi giorni entrambi i pianeti si trovano infatti ‘dalla stessa parte’ del sistema solare. La terra è per definizione ad una unità astronomica dal sole (1. U.A., circa 150 milioni di km) e Marte orbita a 1.38 U.A., la distanza minima è 0.38 U.A. e quella massima è 2.38 U.A.  L’inclinazione e l’eccentricità delle orbite è tale che nel prossimo maggio la distanza sarà però di 0.49 U.A.  Anche se non sarà grande come la Luna, è un’ottima occasione per ammirarlo nel cielo e tentare di fotografarlo. Tra aprile e maggio si troverà nella costellazione dello scorpione, e ci sarà anche Saturno da quelle parti.

Le orbite e le posizioni relative dei pianeti interni a fine maggio 2016

Le tecniche per fotografare il pianeta rosso sono simili a quelle già descritte al tempo della cometa Lovejoy.

L’ideale è utilizzare una macchina con fuoco manuale (reflex o semicompatta) su  un treppiede. Se la lente ha l’opzione per attenuare le vibrazioni va disabilitata (altrimenti l’elettronica cerca di compensare vibrazioni che non ci sono). Se la macchina è una compatta che non consente l’impostazione manuale del fuoco provare con l’opzioni ‘stelle’ o ‘panorama’.

Marte e Saturno nella costellazione dello Scorpione

Mettere lo zoom al massimo e – con la massima apertura che la lente consente – provare varie esposizioni,  partendo da un secondo e riducendo gradualmente il tempo di esposizione.  

A seconda dell’ottica dovrebbe essere possibile vedere le dimensioni  fisiche del pianeta, che dovrebbe apparire più grande delle stelle, che non sono puntiformi per via delle dispersioni dell’ottica.

Marte con Canon Powershot SX30IS ISO 800 F5.8, massimo zoom (840mm equivalente) 0.25s. Il  4/5/2016 la distanza da Marte era R =0.56504 UA 84.5 Mkm (calcolata con Celestia). Sulla macchina fotografica il pianeta occupa P=26 pixel di raggio (anche se non è possibile distinguere dettagli). Dato che il diametro  di Marte è D=7380km abbiamo una risoluzione angolare teorica pari a D/(R*P)=3.6microradianti/pixel.

Marte il 21/5/2016, Canon Kiss X3  f5.6 1/100s fl300
distanza 0.51129 UA  = 76.5Mkm 2.35microradianti/pixel.  Va notato che se l'esposizione è lunga la dispersione atmosferica fa apparire il pianeta più grande del reale.

Se avete la possibilità di fare foto in giorni diversi  è possibile vedere la variazione di luminosità del pianeta (tenendo le stesse impostazioni ) e vedere il pianeta spostarsi rispetto alle “stelle fisse”.
Avviso ai naviganti: anche se Marte è vicino alla Terra, questo è  il periodo peggiore per partire. Infatti per la terza legge di Keplero la velocità orbitale terrestre è maggiore di quella di Marte e – per un’orbita di trasferimento di minimo consumo (Hohmann) – occorre partire quando il nostro pianeta si trova indietro rispetto a Marte.

Fotografare l'eclissi di Super-Luna di domenica prossima

 Eclissi di Luna, Canon powershot sx30IS, ISO 800 1/2s massimo zoom (150mm) F/5.78

(questo post è apparso qui su scientificast)

Nella notte tra il 27 e il 28 settembre si verificherà una eclissi di Luna proprio quando il nostro satellite si troverà al perigeo che è il suo punto di massima vicinanza alla Terra.

La luna piena al perigeo (distanza 363104 km) risulta del 13% più grande rispetto a quella dell’apogeo (d=405696 km) e, dal momento che la luminosità aumentacon il quadrato della distanza, essa dovrebbe apparire di circa il 30% più luminosa.

Confronto tra la luna al massimo ed al minimo avvicinamento nel 2013

Eclissi

In un post precedente  avevamo parlato di come fotografare la cometa Lovejoy. La Luna è un soggetto molto più semplice ed è possibile catturarla anche solo con la macchina fotografica in mano e scattando in automatico. Per seguire meglio il movimento della luna, che peraltro in Italia sarà bassa sull'orizzonte, è però preferibile utilizzare un treppiedi e:

1) fissare a mano il fuoco (all’infinito)

2) l’apertura (non necessariamente al massimo, f/8)

3) l’esposizione (che varia a seconda delle lenti e soprattutto dello zoom). L'ideale è fare molte prove, tenendo conto che a luminosità della luna diminuisce molto durante l'eclissi ed è difficile prevedere a priori la posa ideale. La luna piena può essere fotografata anche ad 1/100 di secondo ma le foto dell'eclissi del 2011 mostrate qui sono state fatte ad 1/2 s ed iso 800.  È quindi preferibile provare con varie esposizioni: le macchine digitali permettono di scattare tre foto ad esposizioni diverse (normale, sovraesposta e sottoesposta) in maniera da poter scegliere a posteriori la sequenza migliore.

Dimensioni

Se fotografiamo la luna in condizioni di massimo avvicinamento e allontanamento possiamo poi confrontare le immagini e renderci conto dell’effettiva differenza. In foto è mostrato il confronto tra la luna al massimo avvicinamento nel 2013.

Calibrazione

La Luna è inoltre  un ottimo soggetto per calibrare la nostra macchina fotografica. Infatti la sua distanza dalla  Terra è nota e tabulata  qui giorno per giorno. Il suo diametro è 3475 km.

Sia che la macchina sia una reflex o una compatta le lenti dovrebbero avere uno zoom variabile (usate solo lo zoom ottico, quello digitale è completamente inutile dato che ”inventa” i pixel aggiuntivi). Se è una compatta lo zoom è indicato di solito in termini di ingrandimenti rispetto allo zoom minimo, mentre nelle reflex è indicato in termini di mm di lunghezza focale. In entrambi i casi lo zoom è comunque registrato nelle informazioni aggiuntive (exif) della foto.

Le dimensioni della luna in pixel al crescere dello zoom (lunghezza focale)

Per ciascuno zoom possiamo quindi misurare il numero di pixel occupato dalla luna e risalire alla risoluzione spaziale ed angolare della macchina (le formule per il calcolo sono alla fine dell’articolo). Come ulteriore esercizio è possibile tracciare il grafico della risoluzione in funzione dello zoom per una data lente e verificare quanto essa è precisa. Armati di questi dati possiamo rivolgerci agli altri pianeti, come vedremo su un prossimo post.

FORMULE PIZZOSE:

Diametro Luna: D=3475 km

Distanza Luna: R (distanza media 384000 km)

Diametro Luna nella macchina fotografica: d pixel

Risoluzione Spaziale della macchina per la superficie lunare:

S= D/d km per pixel

Risoluzione Angolare della macchina (valido a zoom fissato anche per osservazioni terrestri):
A=D/(d*R)

La luna ha un diametro angolare di circa mezzo grado (31 minuti d’arco), ossia ”mezzo pollice”. Infatti, se tendiamo il braccio davanti a noi, un pollice corrisponde a circa un grado e un pugno a circa 10 gradi. Nel caso della powershot utilizzata abbiamo quindi una risoluzione di 1/100 di grado per pixel in modalità panoramica (75*56 gradi di campo di vista totale) e 5 decimillesimi di grado per pixel al massimo zoom (2.3*1.8 gradi di campo di vista totale).

Neve a Tokyo, catenarie e valanghe

Il 14 gennaio Tokyo e buona parte del Kanto sono state interessate da una furiosa quanto splendida nevicata. Fortunatamente la giornata era festiva (in onore dei giovani che diventano maggiorenni) e quindi il traffico ed i ritardi pomeridiani dei treni non hanno avuto grosse conseguenze. 

Al Riken (prefettura di Saitama), dove ho incontrato vari colleghi provenienti dall'estero, ha nevicato per  quasi tutto il giorno.  Il peso della neve accumulatasi in uno dei muri di fronte ha cominciato a farla piegare su se stessa.

Catenaria 'aliena'

 La forma a festone mostrata in foto è quella di una catenaria, ossia quella di una catena (o un festone, appunto) appesa per le estremità (La pagina di wikipedia ha degli splendidi esempi e foto).
Ciascun elemento, finito e pari all'anello della catena, o infinitesimo e corrispondente ai cristalli di neve, è attratto verso il basso e vincolato dagli elementi vicini. La forma sembra quella di una parabola ma  solo per segmenti corti: per catene lunghe la differenza diventa marcata e la forma è quella di un coseno iperbolico (vedi sotto l'equazione da Wolfram Alpha) detta anche catenaria.

Forma a catenaria in una valanga
di piccole dimensioni (da qui)

Questo è anche l'aspetto che hanno le valanghe di debole coesione, dette anche "a pera" per la loro form oblunga. Anche in questo caso è il peso della neve che si accumula su un piano inclinato e con basso attrito a deformare lo strato nevoso sino a provocare la slavina. Le valanghe possono avere varie forme e meccaniche di distacco, a seconda della stratificazione, delle modalità di accumulo dei cristalli e dei vari cicli termici.

Equazione della catenaria (da qui)

Altri due festoni di neve

Inseguendo la stella cometa: fotografia stellare e rotazione terrestre

Il cielo sopra i sobborghi di Tokyo
(Orione è in basso al centro)
100+ frame 30 secondi f3.5
iso 800, canon

In altri post abbiamo accennato alla possibilità di fare delle fotografie astronomiche semplicemente  con una macchina fotografica ed un treppiede. Anche da cieli abbastanza inquinati dal punto di vista luminoso e dello smog come quelli italiani e giapponesi è possibile ottenere dei risultati discreti (e persino spettroscopia stellare) con solo un pizzico di pazienza ed attenzione. 

Effettuando molte foto in sequenza in campo largo (ossia senza zoom) diventa evidente il movimento  apparente della volta celeste dovuta alla rotazione della Terra sul suo asse. Se la macchina fotografica è una reflex la cosa più semplice è comprare un pulsante di scatto remoto (circa 15 euro su ebay). Se si ha una canon si può installare CHDK, un programma sulla memoria che permette di aggiungere una infinità di funzioni alla propria macchina digitale. Alla peggio un po di nastro adesivo sul pulsante di scatto funziona altrettanto bene. 

Se le batterie sono cariche si riesce a fare foto per qualche ora. Per sommarle è possibile utilizzare un programma a pagamento come imagestacker (selezionando l'opzione di prendere il pixel più luminoso, ossia quello della stella, dalla sequenza di immagini). In alternativa ci sono anche programmi freeware come deep sky stacker (che però è più complesso e maggiormente orientato all'allineamento delle immagini in maniera da sovrapporre gli stessi punti l'uno sull'altro). 

Per aumentare il contrasto è possibile usare photoshop, soprattutto l'opzione curves, per aumentare la luminosità delle stelle ed abbassare quella del fondo cielo. Puntando l'obiettivo verso la stella polare l'effetto sarà ancora più spettacolare. 

Il cielo sopra Pietraforte (Sx) e Montorio in valle  (alto a Dx).
La traccia verticale in alto al centro è probabilmente una flare di un satellite dell'Iridium.
200+ frame, f3.5 10s iso 800 canon

Spettroscopia stellare... con la zanzariera (e la macchina fotografica)

Figure di interferenza osservando luci cittadine attraverso  il reticolo di una zanzariera.

Una delle conferme storiche alla natura ondulatoria della luce venne dagli studi sulle figure di interferenza e diffrazione effettuati nel XIX secolo da Young ed altri. Esperimenti successivi misero in evidenza  anche la natura corpuscolare della luce portando al concetto di dualismo onda-particella,  alle basi della meccanica quantistica e della fisica delle particelle. 

La diffrazione è presente in tutti i fenomeni ondulatori, il suono le onde dei fluidi... Quando un'onda  colpisce un oggetto delle dimensioni paragonabili alla sua lunghezza d'onda, viene diffratta. Si originano quindi nuove onde come ad esempio quelle di forma sferica osservabili all'entrata di un porto.  A seconda della forma e della struttura dell'ostacolo e le onde possono sommarsi in alcuni punti e cancellarsi in altri dando origine alle figure di diffrazione. Nel caso delle onde elettromagnetiche di cui la luce è composta possono dare origine a vari fenomeni di interferenza e diffrazione: uno dei più comuni è il colore iridescente prodotto dall'interferenza della luce riflessa dai CD e DVD.  

Un altro modo con cui è possibile osservare  questo fenomeno è utilizzando la zanzariera appesa alle finestre. Questa si comporta come un reticolo di diffrazione, costringendo la luce che la oltrepassa a formare nuove e diverse strutture. L'immagine principale - al centro - rimane immutata, ma guardando - anche ad occhio nudo -  le luci notturne  dei lampioni è possibile vedere che esse sono circondate da un alone a forma di croce, con i bracci paralleli al reticolo della zanzariera. Per osservare meglio il fenomeno è sufficiente utilizzare una macchina fotografica digitale: i risultati migliori si ottengono con  un treppiede, il fuoco all'infinito e con un elevato zoom.

Nella foto sopra sono visibili le figure di diffrazione dellle luci della città. Le luci rosse utilizzate sulle torri sono monocromatiche e hanno i massimi (i punti luminosi) disposti secondo uno schema a scacchiera, con le intensità maggiori lungo i bracci della croce. 

La posizione del massimo dipende però dalla lunghezza d'onda, ed è tanto più lontana dalla sorgente originale quanto più lunga  è la lunghezza d'onda: osservando una luce bianca si nota  quindi un effetto arcobaleno, in cui il colore rosso presenta i massimi più lontano dalla zona centrale. Questo fenomeno è simile a quello osservato nel prisma dove però l'ordine dei colori è inverso. Con le sorgenti pù intense è possibile veder meglio la struttura a scacchiera, che riproduce la forma quadrata della zanzariera.    

A questo punto è sufficiente puntare la macchina fotografica verso il cielo ed osservare le stelle: anche in questo caso apparirà una figura di diffrazione simile a quella delle luci della città. 

La nostra visione notturna è per lo più in bianco e nero, per cui ad occhio nudo possiamo renderci  conto solo del colore delle stelle più brillanti. Con una macchina fotografica questo è molto più semplice: facendo una foto per qualche secondo  i colori delle stelle appaiono evidenti. Colore e luminosità di una stella sono legati tra loro in una relazione che fornisce informazioni sul tipo di astro, la sua massa e la sua età. Inoltre la presenza di righe particolarmente luminose o mancanti nello spettro di una stella può fornire ulteriori dati sui fenomeni che hanno luogo sulla sua superficie.  In astronomia si usano speciali spettroscopi per misurare lo spettro delle stelle, ma il principio di funzionamento non è molto diverso da quello del prisma o della diffrazione. Usando la zanzariera è difficile effettuare misure quantitative, ma si può comunque vedere i diversi colori nelle figure di diffrazione.  Se non si ha una zanzariera si può utilizzare qualunque rete o reticolo: i risultati migliori si otterranno tanto più sottile e fitto è il reticolo. 

Quest'altra è invece
prevalentemente nel rosso

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