Course Syllabus
Obiettivi
Rendere lo studente familiare con il funzionamento della moderna strumentazione astronomica in uso presso gli osservatori di terra e nello spazio, in modo che possa comprendere la letteratura scientifica relativa a questi argomenti e affronti con cognizione di causa l’analisi dei dati oggetto della sua tesi di laurea specialistica. Imparare a comunicare i risultati della ricerca ad un pubblico di addetti ai lavori.
Contenuti sintetici
Introduzione ai principi fisici di funzionamento dei telescopi e dei rivelatori di radiazione elettromagnetica, gravitazionale e corpuscolare (raggi cosmici) per osservazioni da terra e dallo spazio.
Programma esteso
Richiami di ottica:
- Ottica geometrica.
- Cenni di ottica gaussiana.
- Polarizzazione di un'onda elettromagnetica: parametri di Stokes.
Coordinate astronomiche:
- Coordinate locali (alto-azimutali)
- Coordinate equatoriali
- Coordinate galattiche
Telescopi:
- schemi ottici generali
- montature
- risoluzione angolare
- assorbimento atmosferico
- seeing
- ottica attiva/adattiva
Radioastronomia:
- telescopi ad antenna singola
- interferometri
- ricevitori
- spettrometri
- polarimetri
Astronomia Millimetrica e Submillimetrica:
- telescopi
- ricevitori eterodina SIS
- ricevitori bolometrici
- TES
- mKIDS
Astronomia Infrarossa:
- telescopi
- camere infrarosse (array)
Astronomia Ottica:
- telescopi
- camere a CCD
- sistemi fotometrici
- spettroscopi
Astronomia Ultravioletta:
- telescopi ad incidenza normale e radente
- CCD per UV
- Micro-Channel Plates
- Avalanche Photo Diodes
Astronomia X:
- telescopi ad incidenza radente
- telescopi a maschera codificata
- collimatori
Astronomia Gamma:
- telescopi Cerenkov
- rivelatori di sciami
Rivelatori di radiazione ionizzante:
- camere a ionizzazione
- camere proporzionali
- Geiger
- scintillatori
- fotomoltiplicatori
- rivelatori a semiconduttore
Antenne gravitazionali.
- Strain Ratio, sensibilità
- Risuonatori di Weber
- Interferometri
- LIGO
- VIRGO
- LISA
Criogeneratori
- Propagazione del calore: conduzione, convezione, irraggiamento
- Refrigeratori T>180K
- Refrigeratori T<180K
- Criogenia "umida"/"asciutta"
- Refrigeratori ³He
- Refrigeratori a diluizione
- Refrigeratori a demagnetizzazione adiabatica
Osservatori Spaziali
- Scelta delle orbite
- Lanciatori
- Struttura del satellite
- Modulo di servizio
- Payload
- Limiti di massa e di potenza elettrica
- sistema di controllo dell’assetto e del puntamento
- Segmento di terra
Uscita didattica a una facility osservativa nazionale (possibili mete sono i radiotelescopi INAF, l'osservatorio EGO/VIRGO, l'osservatorio di Asiago, un'industria aerospaziale/high-tech che ha uno strumento o un paylod in avanzato sviluppo)
Prerequisiti
I contenuti dei corsi di Fisica I, Fisica II, Fisica III, Struttura della Materia.
Questo corso è consigliato agli studenti che intendono intraprendere un percorso osservativo/sperimentale.
Modalità didattica
Lezioni frontali (didattica erogativa) eventualmente in videoconferenza qualora ci fossero studenti che per problemi di visto devono seguire da remoto.
Materiale didattico
Trasparenze delle lezioni.
Libro di testo adottato:
“Electronic Imaging in Astronomy”, McLean, Springer 2008
Testi consigliati:
"Radio Astronomy", John D. Kraus, Cygnus Quasar Books
"Radiation Detection and Measurements", Glenn Knol, Weyley
"Observational Astrophysics", Pierre Lenà, Springer
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo Semestre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale in forma di due brevi seminari su due strumenti e/o missioni spaziali attivi in questi anni concordati con il docente e domande su temi trattati a lezione ma non coperti dai due brevi seminari.
Orario di ricevimento
Sempre, previo appuntamento (email).
Sustainable Development Goals
Aims
Let the student be familiar with the functioning of the modern ground-based and space-based astronomical instrumentation so that she/he can understand the scientific literature related to instrumentation and be aware of the specific characterisitcs of the instruments getting the data she/is asked to analyze during her/his thesis. Learn how to communicate research results to an audience of professionals.
Contents
Introduction to the principles of functioning of the telescopes and electromagnetic, gravitational and particle radiation detectors for ground-based and space-based observations.
Detailed program
Optics review:
- Geometrical optics
- Concepts of Gaussian optics
- Electromagnetic wave polarization: Stokes parameters.
Astronomical Coordinates
- Local Coordinates (alt-azi)
- Equatorial Coordinates
- Galactic Coordinates
Telescopes:
- main optical schemes
- mountings
- angular resolution
- atmospheric absorption
- seeing
- active/adaptive optic
Radio Astronomy:
- single antenna telescopes
- interferometers
- riceivers
- spectrometers
- polarimeters
Millimetric and Sub-millimetric Astronomy:
- telescopes
- etherodyne receivers SIS
- bolometric receivers
- TES
- mKIDS
Infrared Astronomy:
- telescopes
- adaptive/active optics
- infrared arrays
Optical Astronomy:
- telescopes
- CCD cameras
- photometric systems
- spectroscopes
Ultraviolet Astronomy:
- Normal and grazing incidence telescopes
- UV CCD
- Micro-Channel Plates
- Avalanche Photo Diodes
X ray Astronomy:
- grazing incidence telescopes
- coded mask telescopes
- collimators
Gamma ray Astrnomy
- Cerenkov Telescopes
- Showers detectors
Inonizing radiation detectors:
- ionization chambers
- proportional chambers
- Geiger
- scintillators
- photomultipliers
- semiconductor detectors
Gravitational antennas
- Strain Ratio, sensitivity
- Weber Resonators
- Interferometers
- LIGO
- VIRGO
- LISA
Cryogenerators
- Heat transfer: conductivity, convectivity, radiation
- T>180K fridges
- T<180K fridges
- "wet"/"dry"
- ³He fridge
- Dilution fridge
- Adiabatic Demagnetization Refrigerator
Space Observatories
- Orbit definition
- Launchers
- Satellite structure
- Service Module
- Payload
- Mass and power budget limits
- Attitude and pointing systems
- Ground segment
Educational trip to a national observational facility (possible destinations are the INAF radio telescopes, the EGO/VIRGO observatory, the Asiago observatory, an aerospace/high-tech industry that has an instrument or payload in advanced development)
Prerequisites
Physics 1, Physics 2, Physics 3, Structure of Matters
This course is recommended to students wishing to follow an observational/experimental track during their studies
Teaching form
Frontal lessons (traditional form), eventually in streaming if there are students attending from remote because of visa problems.
Textbook and teaching resource
Lesson slides.
Textbook:
“Electronic Imaging in Astronomy”, McLean, Springer 2008
suggested books:
"Radio Astronomy", John D. Kraus, Cygnus Quasar Books
"Radiation Detection and Measurements", Glenn Knol, Weyley
"Observational Astrophysics", Pierre Lenà, Springer
Semester
Second Semester.
Assessment method
Oral exam in the form of two short seminars on two instruments and/or space missions active in these years agreed with the teacher and questions on topics covered in class but not covered by the two short seminars.
Office hours
Any day by appointment (email).
Sustainable Development Goals
Staff
-
Mario Zannoni
