Course Syllabus
Obiettivi
- Introdurre la strumentazione e le tecniche osservative di base dell’astrofisica;
- Consentire agli studenti di condurre i primi test ed osservazioni su sorgenti astronomiche;
- Effettuare l'analisi delle osservazioni e determinare le osservabili fisiche.
Contenuti sintetici
Vengono descritte alcune sorgenti astronomiche, le tecniche e la strumentazione utilizzate nelle osservazioni astrofisiche a diverse frequenze, in particolare nella banda delle microonde che verrà utilizzata in laboratorio.
Verranno inoltre descritte le proprietà dei Raggi Cosmici e le relative tecniche osservative.
Gli studenti effettueranno alcune misure comprendenti: caratterizzazione di rivelatori; calibrazione del segnale osservato; osservazione di sorgenti celesti.
Programma esteso
Durante la prima parte del corso vengono descritte alcune sorgenti astronomiche ed osservabili astrofisici tra cui: Sole, Luna, Galassia, Radiazione Cosmica a Microonde, Raggi Cosmici. Vengono inoltre introdotte le tecniche e la strumentazione utilizzate nelle osservazioni astrofisiche a diverse frequenze, in particolare nella banda delle microonde che verrà utilizzata in laboratorio. Saranno discussi i seguenti argomenti: antenne, telescopi e ottiche; rivelatori; tecniche fotometriche e spettroscopiche; calibrazione della strumentazione; tecniche di estrazione del segnale e di analisi dei dati.
Nel corso del laboratorio gli studenti verranno suddivisi in gruppi di 3-4 componenti. Ad ogni gruppo verrà proposto un programma di osservazioni ed un obiettivo. Ciascun gruppo effettuerà osservazioni di sorgenti celesti tra cui Sole, Luna, Galassia, Radiazione Cosmica a Microonde, Raggi Cosmici. I gruppi inoltre effettueranno misure di caratterizzazione di rivelatori, calibrazione del segnale osservato. Ciascun gruppo dovrà poi analizzare i dati raccolti, riconoscere ed eliminare eventuali segnali spuri, ad es. interferenze radio o emissione atmosferica, e descrivere in una breve relazione i risultati ottenuti, in relazione all’obiettivo prefissato.
Prerequisiti
Gli studenti sono tenuti a conoscere i contenuti dei corsi di fisica generale e dei laboratori seguiti negli anni precedenti.
Competenze di carattere informatico saranno utili per l'analisi dei dati.
Modalità didattica
1) Lezioni frontali introduttive: 20-24 ore. Le lezioni saranno erogate esclusivamente in presenza.
2) Esperienze in laboratorio: 72-76 ore. La presenza in laboratorio è obligatoria.
Materiale didattico
1) Materiale ed appunti utilizzati durante le lezioni frontali, fornite dal docente.
2) Codici e pacchetti software per l’uso della strumentazione e per l’analisi dei dati raccolti.
3) Per approfondimenti: An introduction to radio astronomy, Bernard F. Burke, F. Graham-Smith. - 4. ed. Cambridge University 2019.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Durata annuale.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
La valutazione finale sarà con voto in trentesimi e comprenderà:
1) Relazione scritta che descriva il lavoro svolto in laboratorio, comprendente le misure effettuate e l’analisi dei dati; una relazione per gruppo.
2) Colloquio orale finale, riguardante il lavoro svolto in laboratorio, la relazione svolta e argomenti correlati.
Orario di ricevimento
Ogni mercoledì lavorativo durante il periodo delle lezioni, dalle 12:30 alle 13:30. Negli altri periodi su appuntamento.
Sustainable Development Goals
Aims
- Introduce instrumentation and techniques for Astrophysics observations;
- Allow students to get the first experience in sources observation and signal calibration;
- Perform data analysis on observation and dtermination of physics observables.
Contents
Astronomical sources, techniques and instrumentation used in astrophysics are described for several spectral bands, with particular attention to the microwave band, which will be used during the laboratory activity.
In addition Cosmic Rays an related observational techniques are described.
Students are guided to perform some measurement including: detector characterisation; calibration of observed signals; observation of sky sources.
Detailed program
In the first part astronomical sources and observables are described, among them: Sun, Moon, Galaxy, Cosmic microwave background, Cosmic rays. Techniques and instrumentation used in astrophysics are also described for the several spectral bands, with particular attention to the microwave band used during the laboratory activity. The following items are presented: antennas, telescopes, optics; detectors; photometric and spectroscopic techniques; noise reduction techniques and data analysis.
Students will work in groups of 3-4 people. Each group will follow its own observation program and will pursue a result. Each group will carry on observations of sky sources like: Sun, Moon, Galaxy, Cosmic microwave background, Cosmic rays. Groups are then involved in measurements including: detector characterisation; calibration of observed signals. Each group will analyse data and subtract spurious signals like rf interferences or atmospheric emission. Finally groups will describe their activity and discuss results in a short report.
Prerequisites
Students are requested to know contents of courses of Physics and Laboratories followed in the previous years.
Software skills are helpful for data analysis.
Teaching form
1) Introductory front teaching: 20-24 hours. Remote connection is not planned during lectures.
2) Laboratory experimental training: 72-76 hours. Students presence in laboratory is mandatory.
Textbook and teaching resource
1) Slides and notes of the introductory lectures, provided by the lecturer.
2) Software codes and packages for driving instruments and data analysis.
3) Reference textbook: An introduction to radio astronomy, Bernard F. Burke, F. Graham-Smith. - 4. ed. Cambridge University 2019.
Semester
Full year (both semesters).
Assessment method
Final assessment with the usual score up to 30, including:
1) Written report on the activities carried on in laboratory, incuding experimental measurements and data analysis; one report per group.
2) Final interview on the activities carried on in laboratory, on the report and on related topics.
Office hours
Every working Wednesday during the class period, from 12:30 pm to 1:30 pm. Otherwise on request.
Sustainable Development Goals
Staff
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Massimo Gervasi
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Mario Zannoni
-
Lorenzo Scalcinati
