Quanto e stellata la notte
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Quanto e ’ stellata la notte?. Gli studenti misurano la brillanza del cielo. Prof. Roberto Nesci, Universita ’ La Sapienza Prof. Aldo Altamore, Universita ’ RomaTre Dr. Ilaria De Angelis, Universita ’ RomaTre. Con la collaborazione di:

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Quanto e ’ stellata la notte?

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Presentation Transcript


Quanto e stellata la notte

Quanto e’ stellata la notte?


Gli studenti misurano la brillanza del cielo

Gli studenti misurano la brillanza del cielo

Prof. Roberto Nesci, Universita’ La Sapienza

Prof. Aldo Altamore, Universita’ RomaTre

Dr. Ilaria De Angelis, Universita’ RomaTre

Con la collaborazione di:

Museo del Bali’, Saltara (PU) (coordinamento scuole delle Marche)

Prof. Antonio Princi, Roma (coordinamento scuole di Roma)

dott. Giuseppe Cirimele (realizzazione database web)


Obiettivi dell esperienza

Obiettivi dell’esperienza

  • Familiarizzare gli studenti col cielo tramite attivita’ pratiche;

  • Far partecipare gli studenti ad una VERA attivita’ di rilevamento di dati scientifici;

  • Favorire contatti tra studenti di scuole diverse;

  • Sensibilizzare gli studenti agli argomenti della migliore illuminazione e del risparmio energetico.


Storia del progetto

Storia del progetto

Il progetto e’ iniziato nell’anno scolastico 2008/09, in concomitanza con l’Anno Internazionale dell’Astronomia.

In quell’anno ha coinvolto 11 licei e 2 scuole medie del Lazio. Gli osservatori effettivi sono stati 102, con 560 osservazioni.

L’anno successivo, 2009/10, si sono iscritte 10 scuole medie della Provincia di Latina e un Liceo di Roma. Di fatto hanno partecipato solo 3 scuole, con 24 osservatori effettivi, per un totale di 78 osservazioni.


Anno scolastico 2010 11

Anno scolastico 2010/11

hanno partecipato al progetto 18 scuole:

12 nella zona di Roma (Lazio)

6 nella zona di Pesaro-Urbino (Marche).

I ragazzi iscritti sono stati 180

Osservatori effettivi 97

Sono stati raccolti piu’ di 1100 dati


Elenco scuole

Elenco scuole


Qualche dato statistico

Qualche dato statistico

Istogramma del numero di osservazioni per studente

Valore medio 12

Istogramma delle magnitudini osservate:

media migliori osservazioni 4.6

Media totale dati 3.6


Qualche commento didattico

Qualche commento didattico

Nonostante la procedura per la registrazione fosse stata semplificata, e nonstante diversi richiami, si sono avuti numerosi casi (13/111) di studenti che hanno compiuto osservazioni ma non hanno indicato la loro posizione geografica (Longitudine e Latitudine), rendendo inutilizzabili i loro dati.

In 12/1150 casi la altezza sull’orizzonte della stella osservata e’ stata riportata come superiore a 90 gradi !

In 170 casi l’altezza riportata della stella era largamente impossibile.

In molti casi l’altezza era comunque evidentemente errata, anche se non impossibile, data l’ora e la data di osservazione.

Sono state riportate alcune osservazioni di stelle basse sull’orizzonte, anche se era esplicitamente richiesto di non fare osservazioni sotto I 30 gradi.

Ne deduco che c’e’ nell’insegnamento della geometria qualche problema strutturale che rende difficile ai ragazzi fare un uso pratico delle nozioni riguardanti gli angoli.


Posizioni osservatori

Posizioni osservatori


Osservatori nelle marche

Osservatori nelle Marche


Zona di fano

Zona di Fano


Zona di saltara

Zona di Saltara


Zona di urbino

Zona di Urbino


Inquinamento luminoso in italia

Inquinamento luminoso in Italia

Da Cinzano 2001

Il colore indica la magnitudine delle stelle piu’ deboli visibili

Rosso 4.50

Arancio 5.00

Giallo 5.25

Verde 5.50

Blu 5.75

Nero 6.00


Confronto con degraeve et al 1972

Confronto con DeGraeve et al. 1972

Quanto e' stellata la notte?


Le marche in dettaglio

Le Marche in dettaglio

Visibilita’ delle stelle ad occhio nudo (Cinzano 2001)

legenda

>6.0 nero

5.75-6.0 grigio

5.5-5.75 blu scuro

5.25-5.5 blue chiaro

5.0-5.25 azzurro

4.75-5.0 giallo

4.5-4.75 giallo oro

4.25-4.5 arancione

4.0-4.25 arancione scuro

3.75-4.0 rosso

<3.75 violetto


Quanto e stellata la notte

Come confrontare i nostri dati con la mappa di Cinzano?

La mappa di Cinzano e’ calcolata in base a due elementi:

la luce emessa verso l’alto e vista dai satelliti DMSP (Defense Meteorological Satellite Program) dell’Aeronautica Militare degli Stati Uniti;

un modello di diffusione della luce nell’atmosfera terrestre.

La risoluzione della mappa e’ di circa 5 km, quindi per un confronto bisogna mediare i dati del nostro campionamento su aree di dimensioni confrontabili.

La visibilita’ delle stelle ad occhio nudo dipende da molti fattori:

Esperienza dell’osservatore

Adattamento al buio

Eta’ dell’osservatore

Altezza delle stelle sull’orizzonte

Trasparenza dell’atmosfera

Luminosita’ del cielo


Tecnica utilizzata

Tecnica utilizzata

Per ottenere un valore ragionevole delle visibilita’ delle stelle,

partendo da un insieme di dati di osservatori non esperti, ho deciso di:

  • prendere per ciascun osservatore il dato migliore;

  • definire aree geografiche omogenee;

  • calcolare la mediana dei dati in ciascuna area geografica;

  • calcolare la deviazione standard dei dati come indice della dispersione dei dati nell’area.

    I calcoli sono stati fatti utilizzando un foglio di calcolo elettronico


Tabella marche

Tabella Marche


Confronto con cinzano

Confronto con Cinzano

Il punto discrepante e’ quello di Fano, che peraltro ha 10 osservatori.

La retta di fit e’ forzata a passare per l’origine, la pendenza e’ nettamente minore di 1, indice che la visibilita’ delle stelle e’ migliore del valore aspettato.

Si conferma che la visibilita’ delle stelle dipende dalle condizioni locali,

non valutabili sulla scala del satellite


I dati del lazio

I dati del Lazio

Distribuzione degli osservatori nel Lazio


Zona ostia

Zona Ostia

media


Zona roma colombo

Zona Roma Colombo

media


Zona roma centro

Zona Roma Centro


Zona roma sud

Zona Roma Sud


Mappa lazio

Mappa Lazio

Colore magnitudine

Rosso 4.00-3.75

Marron 4.25-4.00

Arancio 4.50-4.25

Giallo scuro 4.75-4.50

Giallo oro 5.00-4.75

Blu chiaro 5.25-5.00

Blu medio 5.50-5.25

Blu scuro 5.75-5.50

Visibilita’ aspettata delle stelle nel Lazio


Confronto dati aspettative

Confronto dati-aspettative

zona n best mdn med disp aspettato

ostia 4 4.41 4.34 4.15 0.37 4.25-4.50

colombo 5 5.77 3.88 4.18 0.80 4.25-4.50

romaest 6 6.04 4.65 4.79 0.81 4.50-4.75

romacc 12 5.04 3.52 3.00 1.42 3.75-4.25


Statistica generale

Statistica generale

zona n best mdn med sigma

best_lazio 44 6.04 5.04 4.00 1.21

best_roma 34 6.04 3.88 3.90 1.30

best_ostia 4 4.41 4.34 4.15 0.37

best_colombo 5 5.77 3.88 4.18 0.80

best_romaest 6 6.04 4.65 4.79 0.81

best_romacc 12 5.04 3.52 3.00 1.42

best_marche 50 6.04 5.74 5.20 0.92

best_fano 7 6.00 4.34 4.39 1.28

best_marche_ovest 6 6.04 6.04 5.77 0.60

best_marche_sud 3 5.85 5.85 5.07 1.10

best_saltara 23 6.04 5.59 5.31 0.61


Valori per ambiente

Valori per ambiente

Ambiente media dev.st

Urbano 4.21 1.36

Periferia 4.91 0.95

Campagna 5.84 0.18


Confronto su anni successivi

Confronto su anni successivi

Per la zona di Roma sono disponibili dati su tutti e tre gli anni, anche

se con valore statistico diverso. Sono raccolti nella tabella seguente:


Cosa si vede in media

Cosa si vede in media?

Istogramma magnitudini

osservate da tutti gli studenti

nel 2009

Istogramma magnitudini osservate

da tutti gli studenti nel 2010

Istogramma magnitudini

osservate da tutti gli studenti

nel 2011


Quanto hanno osservato

Quanto hanno osservato?

Osservazioni per studente

nel 2009; media 5.3

Da 1 a 51

Osservazioni per studente

nel 2011; media 12.0

Da 1 a 156


Un confronto strumentale lo sky quality meter

Un confronto strumentalelo Sky Quality Meter

Lo Sky Quality Meter (SQM) e’ un semplice strumento che misura la brillanza del fondo cielo con un sensore CCD: in pratica e’ un esposimetro per bassi livelli di luminosita’.

Uno SQM e’ operativo in maniera continuativa sul tetto del Dipartimento di Fisica della Universita’ La Sapienza dal 2010. Lo strumento e’ accessibile pubblicamente al sito astrowww.phys.uniroma1.it/sqm/.

MAGN. stellebrillanza cielo

1 5 14.9

2 22 15.9

3 82 17.0

4 250 18.0

5 800 19.0

6 2500 20.1

La seguente tabella, calcolata dai fabbricanti dello SQM, permette un confronto tra la visibilita’ delle stelle ad occhio nudo e la brillanza del cielo.


I dati dell sqm di roma

I dati dell’SQM di Roma

Grafico della brillanza del cielo in una notte nuvolosa e in una notte

serena. Le nuvole riflettono la luce dispersa verso l’alto dalla

illuminazione stradale e producono una brillanza del cielo molto

maggiore di quella prodotta dall’atmosfera pulita in assenza di nubi.

Lo SQM e’ quindi un ottimo misuratore della copertura nuvolosa

notturna di una citta’.

Quanto e' stellata la notte?


Statistica sqm roma 2010 11

Statistica SQM Roma 2010/11

Dispersione dei dati

rispetto ad un andamento

lineare nella notte. Le notti

serene hanno dispersione

minore.

Brillanza media del cielo nelle

notti nell’anno 2010/11. Nelle notti

piu’ trasparenti si raggiunge

la 18-ma mag/arcsec2.

Le notti serene sono circa un terzo

(115/365)

Quanto e' stellata la notte?


Confronto visuale sqm

Confronto visuale-SQM

In condizioni di cielo sereno, la brillanza del cielo al centro di Roma

e’ di 18.0 mag/arcsec^2.

Dalla tabella suddetta verrebbe una magnitudine limite di circa 4,

in sostanziale accordo con la mappa di Cinzano.

Roma centro

anni

2009 2010 2011

Studenti 4.42 5.38 3.52

SQM 4.00

Cinzano 3.75--4.25


Conclusioni

Conclusioni

Risultati principali:

  • Accordo della mappa del progetto con la mappa di Cinzano per quanto riguarda l’andamento generale.

  • Differenze sensibili nei valori numerici di magnitudine limite rispetto alle aspettative.

  • Forti dispersioni dei dati tra diversi osservatori anche a breve distanza geografica.

  • Bassa visibilita’ delle stelle al centro di una citta’ anche piccola (Fano, Anagni), confrontabile con quella all’interno di Roma.

  • Visibilita’ migliore del previsto nelle localita’ di campagna.

  • Buona affidabilita’ dello strumento SQM per monitorare la copertura nuvolosa e variazioni a lungo termine della trasparenza del cielo.


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