ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE “VALCERESIO” di BISUSCHIO - OSSERVATORIO SOLARE

(PROGETTO ASTRO.NET)

Rapporto sull’attività di osservazione dell’anno solare 2011
 

1)      Osservazioni in luce bianca (continuo)

Dal 1 Gennaio al 31 Dicembre dell’anno 2011 sono state eseguite 311 osservazioni della fotosfera. Insieme alle 287 del 2009 ed alle 279 del 2010 questo valore assesta la media annuale delle osservazioni a 292, valore di tutto rispetto anche se rapportato a quelli dei maggiori Osservatori Solari mondiali. Sono stati osservati e classificati (secondo il metodo di Zurigo) 356   gruppi (contro i 29 del 2009 e i 140 del 2010) e conteggiate complessivamente 11902 macchie (contro le 528 del 2009 e le 2966 del 2010). Il mese con più giorni di osservazione è stato Maggio, con 31 e quello con il minor numero è stato Gennaio con 21 osservazioni. Il mese con il minor numero di macchie è stato Gennaio, con 247 e quello con il maggior numero è stato Novembre, con 1530 macchie. Per ogni giorno di osservazione è stato prodotto un disegno della fotosfera, eseguito o dal Responsabile Tecnico dell’Osservatorio e/o da uno o più studenti dei gruppi di osservazione relativi al Progetto Astro.Net; il Responsabile Tecnico ha comunque sempre prodotto un disegno per ogni giornata di osservazione ed è su questi che sono stati elaborati i dati presentati in questa relazione, in quanto le osservazioni di ogni singolo studente non hanno (né potrebbero avere) altrettante caratteristiche di continuità ed assiduità. Sono quindi quelle del Responsabile le osservazioni “ufficiali” per l’anno trascorso. Però fino al 31 Maggio le osservazioni ed i relativi disegni prodotti dalle Studentesse Ilaria Abbiati, Chiara Armanini e Charlotte Broggini  (classe 5G Liceo Scientifico) in alcune date hanno sostituito quelle del Responsabile Tecnico e sono state considerate le vere osservazioni ufficiali ed i dati necessari sono stati trasmessi al SIDC. Questa scelta è motivata dal fatto che le tre Alunne posseggono un accredito permanente presso il SIDC per le loro osservazioni, ottenuto in seguito ad un intenso lavoro di training compiuto durante l’anno scolastico 2009-2010. Anche se hanno terminato il loro corso di studi con il conseguimento del diploma, Chiara, Charlotte e Ilaria saranno sempre considerate osservatrici ufficiali a tutti gli effetti e, se lo vorranno, potranno compiere osservazioni anche in futuro. Una di loro (C.Broggini) ha già eseguito, tra Settembre ed Ottobre, alcuni disegni (seppur in modo saltuario), che sono stati considerati ufficiali per l’Osservatorio. I numeri di Wolf grezzi calcolati dalle ragazze sono sempre stati allineati con quelli del Responsabile Tecnico nelle medesime giornate di osservazione, garantendo così la continuità nel valore dell’indice di riduzione dell’Osservatorio. Tutti i disegni relativi alle osservazioni ufficiali sono stati organizzati in due archivi, uno cartaceo e l’altro in formato elettronico; i disegni ulteriori prodotti da altri studenti sono anch’essi conservati sia in forma cartacea che elettronica in archivi personali per ogni studente. Complessivamente sono stati pubblicati sul sito dell’Istituto un numero di disegni che eccede quello dei giorni di osservazione, in quanto in alcune date sono stati pubblicati disegni realizzati da più studenti o da studenti più il Responsabile Tecnico. Si ribadisce comunque che sono considerate ufficiali le osservazioni effettuate o dal Responsabile o da una delle tre Studentesse accreditate. A partire dal 1 Giugno il solo Responsabile ha compiuto osservazioni ufficiali in quanto, per ragioni legate all’orario di lezione delle classi ed all’esiguo numero di incontri effettuati con le classi quarte dell’anno scolastico 2010-2011 non è stato possibile sostituire le tre osservatrici accreditate. Anche per l’anno 2011-2012 permangono tali difficoltà per cui, fino a quando non verranno risolte, le osservazioni ufficiali saranno solo quelle compiute del Responsabile Tecnico. Dall’esame delle osservazioni compiute si può notare come nel 2011 l’attività fotosferica sia notevolmente aumentata rispetto ai due anni precedenti e segnatamente nei mesi di Settembre, Ottobre e Dicembre, nei quali i valori medi degli ISSN (International SunSpot Numbers) elaborati dal SIDC hanno superato i valori previsionali per il ciclo 24 in corso. Permangono comunque alcune anomalie, come la distribuzione delle regioni attive sempre molto vicine alle basse latitudini (comportamento del Sole durante la fase calante e non quella crescente di un ciclo), la scarsa (complessivamente) attività di Space Weather, nonostante l’attività energetica (si veda oltre) sia stata comunque superiore a quella dei due anni passati. Sono invece quasi del tutto mancati i buchi coronali transequatoriali che avevano segnato, sempre in modo anomalo, il 2010.

In appendice sono riportati tutti i numeri di Wolf emisferici non ridotti calcolati nel 2011 nel nostro Osservatorio, i report mensili di osservazione del Responsabile Tecnico e delle tre Studentesse accreditate per le osservazioni ufficiali, i Sunspot Bullettin mensili del SIDC e gli ISSN (International SunSpots Numbers) ufficiali normalizzati per i primi 3 mesi del 2011, gli unici finora pubblicati dal SIDC.

 Nel seguito sono invece riportati i risultati delle osservazioni. Il numero di Wolf medio non ridotto per quest’anno, confrontato con quelli degli scorsi due anni, induce a pensare che il ciclo in corso si sia ormai avviato verso il massimo, previsto però con quasi due anni di ritardo per Maggio 2013. Ovviamente solo le future osservazioni potranno confermare questa ipotesi.

Tabella 1.

Numeri di Wolf medi mensili calcolati in Istituto e rapportati agli International Sunpots Numbers (provvisori) elaborati dal SIDC di Bruxelles. Nella prima colonna sono indicati i mesi dell’anno, nella seconda i numeri dell’Istituto (Risis), nella terza quelli del SIDC (Rsidc), nell’ultima i rapporti (Rs/Ri) tra gli Rsidc e gli Risis. Completano la tabella i valori medi ed il coefficiente di riduzione Kc.

Le stesse osservazioni sono riportate in seguito in forma grafica, per i due semestri dell’anno 2011

Grafico 1.

Andamento dei Numeri di Wolf medi mensili calcolati in Istituto (linea fucsia) confrontati con i valori degli International Sunpots Numbers elaborati dal SIDC (linea blu) per il primo semestre del 2011:

Grafico 2.

1)      Monitoraggio delle Regioni Attive

Durante il 2011, per tutti i giorni dell’anno, sono state seguite le Regioni Attive comparse sul Sole (BMR, Bipolar Magnetic Regions), attraverso i dati forniti dal NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), i bollettini giornalieri emessi dallo stesso NOAA e le immagini (in varie frequenze dell’UV estremo) presenti su vari altri siti, quali quelli delle sonde SOHO, STEREO, TRACE e SDO. Sono state conteggiate e classificate complessivamente 254 BMR
( contro le 30 del 2009 e le 100 del 2010) le quali, quando non presentano più gruppi di macchie loro associati, vengono classificate come H-Alpha Plages, ossia Regioni prive di macchie osservabili principalmente nella riga Hα dell’Idrogeno. Per tutte le Regioni Attive sono state registrate la data di comparsa, quella di termine e quella dell’eventuale passaggio ad H-Alpha Plage (relativamente ai bollettini NOAA). Tutti i bollettini, sui quali sono riportate le caratteristiche delle regioni (numerazione NOAA, coordinate, classificazione McIntosh dei gruppi e numero di macchie) sono conservati in un archivio cartaceo, mentre in appendice a questa relazione è riportata la stampa di un archivio elettronico contenente la numerazione NOAA delle regioni e le date di transito sull’emisfero solare visibile.

      3 ) Conteggio di eventi energetici

Il flusso dei Raggi X nelle bande tra 0.5Å e 4Å e tra 1Å e 8Å è stato costantemente monitorato grazie ai dati inviati in tempo reale dal satellite GOES, in due finestre temporali, una relativa agli ultimi tre giorni in ordine di tempo (aggiornata automaticamente ogni 5 minuti), l’altra relativa alle ultime 6 ore, aggiornata ogni minuto. L’analisi di questi dati permette di verificare la presenza di eventuali Flare nelle varie classi energetiche in cui sono comunemente suddivisi. Limitatamente alle classi C, M e X (le più rilevanti dal punto di vista energetico), sono stati conteggiati 1302 Flare complessivamente, di cui 8 di classe X, 116 di classe M e 1178 di classe C. I dati di riferimento per il 2009 sono: 26 Flare di classe C, nessuno di classe M e X; per il 2010 169 Flare di classe C, 21 di classe M e nessuno di classe X. Nel 2011 il Flare di classe X più intenso è stato un X6.9 rilevato il giorno 9 Agosto mentre per la classe M i più intensi sono stati due Flare M9.3 rilevati il 30 Luglio e il 4 Agosto. Nonostante i numeri del 2011, se confrontati con quelli degli ultimi due anni, dimostrino una netta ripresa anche nell’attività energetica, siamo ancora ben lontani dai valori medi per ciclo (2350 Flare di classe M e 185 di classe X), considerando che il massimo del ciclo 24 era previsto originariamente per il 2012.

    4) Monitoraggio dell’attività geomagnetica

A partire dall’inizio dell’anno e fino al 31 Maggio è stata realizzata (dai gruppi di osservazione della classe 5G 2010-2011) anche un’attività di monitoraggio dell’attività geomagnetica con il conteggio e la classificazione di tempeste geomagnetiche, di radiazione, blackouts radio e radio-bursts di tipo II e IV. I dati necessari sono ricavati da numerosi bollettini previsionali e consultivi emessi dal SWPC (Space Weather Prediction Center) del NOAA e sottoscritti dall’Istituto, nonché dal continuo controllo giornaliero degli indici di attività geomagnetica, della velocità, densità e pressione del vento solare, del controllo della componente Bz dell’ Interplanetary Magnetic Field (IMF), il tutto svolto attraverso la rete Internet. Sospesa nel periodo estivo, l’attività è stata ripresa dal 1 Ottobre e continua regolarmente con il contributo dei gruppi di osservazione delle classi 5F e 5G 2011-2012. L’attività consiste nella redazione un documento di sintesi  giornaliero (Sun Daily Book). Solo gli Studenti delle classi quinte dell’indirizzo Liceo Scientifico sono infatti indicati per questo tipo di attività, visto che gli argomenti connessi richiedono conoscenze fisico-matematiche di base che Studenti di altri indirizzi non possono avere. Inoltre alcuni aspetti dello Space Weather (con questo termine viene comunemente indicato lo studio dell’influsso sulla Terra dell’attività solare) sono trasversali alle discipline Fisica e Geografia Astronomica, studiate appunto in 5^ Liceo. Rispetto allo scorso anno, anche qui l’attività solare (e di riflesso quella geomagnetica) ha subito un certo incremento, anche se (a parte due casi in Agosto) non sono stati osservati eventi di rilevanza notevole.

    5 ) Collaborazione con il SIDC

Dal 15 Settembre 2010 il nostro Osservatorio è stato inserito tra le stazioni operanti e collaboranti con il Solar Influences Data Analisys Center (SIDC) di Bruxelles, cui fanno capo meno di un centinaio di Osservatori sparsi in tutto il mondo. Il SIDC elabora i dati ricevuti per calcolare e pubblicare gli ISSN (International Sunspots Numbers), ossia i Numeri di Wolf ufficiali giornalieri, raggruppati in bollettini trimestrali. E’ noto infatti che l’Astronomo svizzero Rudolph Wolf propose, nel 1859, un metodo di calcolo di un indice dell’attività fotosferica, detto Numero di Wolf relativo, che si ottiene dalla semplice formula:

Rw = Kc(10g+f)

Dove g è il numero dei gruppi osservati, f il totale delle macchie conteggiate e Kc è un fattore di correzione dipendente da diversi parametri, tra i quali la qualità dell’osservazione e le caratteristiche dello strumento impiegato. Il numero è detto relativo proprio perché, se non è noto un valore di Kc che lo possa correlare con tutti gli altri, esso dipende unicamente dal conteggio effettuato da un determinato osservatore nelle sue condizioni di osservazione. Wolf, che conteggiava ogni macchia una sola volta e non teneva conto delle macchie molto piccole, la cui visibilità dipende molto dalle condizioni di seeing, si era imposto un valore di Kc pari all’unità. Il sistema di conteggio fu poi modificato dai suoi successori (Wolfer, Brunner, Waldmeier, tutti del Politecnico di Zurigo), introducendo nel conteggio anche le macchie più piccole e attribuendo un “peso maggiore” (cioè f>1 per una singola macchia) per le macchie con penombra, in funzione delle loro dimensioni e della struttura dell’ombra. In questo modo Rw assume ovviamente valori più elevati, tanto che da Wolfer e successori il valore di Kc fu posto pari a 0.6 per garantire una continuità oggettiva con le osservazioni dello stesso Wolf. Ed è in sintesi questo che oggi fa il SIDC, rapportando tra loro tutti i numeri di Wolf relativi (detti anche grezzi o non ridotti) e soprattutto rapportandoli alle condizioni di osservazioni di Wolf. Questo viene fatto attribuendo ad ogni Osservatorio (attenzione, ad ogni Osservatorio e non ad ogni osservatore che possa operare al suo interno) un valore di Kc calcolato allo scopo: non importa se questo valore è maggiore o minore dell’unità (normalmente oscilla tra 0.4 e 1.3) per un dato Osservatorio, ma che rimanga costante nel tempo il più possibile. Un Kc costante è indice di attendibilità per le osservazioni ricevute dal SIDC per un certo Osservatorio. La Specola Solare Ticinese di Locarno Monti, nostro partner ufficiale (unitamente all’IRSOL di Locarno) nell’attività di osservazione della fotosfera, da oltre 50 anni possiede un fattore di riduzione (così è chiamato di solito Kc) pari mediamente a 0.61, quindi identico a quello utilizzato da Wolfer e successori. Per questo motivo la Specola di Locarno è la “Pilot Station” per il SIDC, ossia i valori delle loro osservazioni fungono da riferimento per tutti gli altri: se in una certa giornata di osservazione il numero di Wolf relativo di un Osservatorio si discosta di ± 15% rispetto a quello di Locarno, per quella giornata il valore inviato non verrà inserito nel conteggio per l’elaborazione dei numeri di Wolf internazionali, quelli che, in altre parole, tenendo conto delle correzioni introdotte con i tutti i Kc dei vari Osservatori, assumono il ruolo di Numeri di Wolf Assoluti, detti anche ISSN, come detto sopra. Il nostro Osservatorio, che ha mosso i suoi primi passi assistito dalla Specola Solare Ticinese, con la quale dopo quasi quattro anni di attività ha ormai instaurato un forte legame di collaborazione in molti campi, dall’attività osservativa fino alla didattica ed alla divulgazione scientifica (Studenti del nostro Istituto hanno effettuato Stages e diverse visite a Locarno; il Responsabile Tecnico, così come alcuni Studenti, collabora con la rivista di divulgazione astronomica “Meridiana”, edita dalla SAT, Società Astronomica Ticinese, è socio dell’ASST, Associazione Specola Solare Ticinese e membro del Comitato Direttivo della stessa). Dal mese di Marzo 2010 il nostro Osservatorio ha adottato come metodo di conteggio dei numeri Rw lo stesso proposto dai successori di Wolf e utilizzato ovviamente anche a Locarno. Questo da una parte ci permette di avere un fattore di riduzione molto vicino a quello di Locarno e valori degli Rw giornalieri che difficilmente si discostano del ± 15% da quelli della Specola, dall’altra ha portato ad una sensibile diminuzione del Kc rispetto al 2009 (quando da noi non veniva usato). Però, come illustrato in seguito, il fattore di riduzione dei due anni successivi si è mantenuto costante e pari a 0.6.  Per quanto riguarda l’invio dei dati al SIDC, per ogni giornata di osservazione vengono indicati il totale dei gruppi e delle macchie osservati, gli stessi distribuiti nei due emisferi del Sole, e quelli che si trovano entro un raggio del disco solare pari ad un quarto del raggio effettivo del Sole (questi ultimi perché potrebbero essere in posizione geoeffettiva, cioè eventuali eventi energetici loro associati in cromosfera o in corona potrebbero dar luogo a fenomeni geomagnetici). Le osservazioni sono compiute in proiezione diretta con un oculare da 40 mm. (offertoci a titolo di prestito indeterminato dalla Specola) su un catadiottrico Maksutov-Cassegrain da 150/1800 in modo da ottenere un disco proiettato di 25 cm. di diametro, che sono le dimensioni standard dei principali Osservatori solari europei (Catania, ROB, Locarno, Kanzelhohe) collaboranti con il SIDC. La convenzione con il SIDC prevede l’invio di almeno 10 osservazioni al mese per tutti i mesi dell’anno (120 osservazioni), entro le ore 12:00 TU per ogni giorno di osservazione. Finora il nostro Osservatorio ha ampiamente rispettato queste condizioni e certamente lo farà anche in futuro. Questo risultato è stato ottenuto effettuando osservazioni in tutti i giorni (domeniche e festività comprese) in cui il Sole è stato visibile: un notevole impegno, ma anche la condizione indispensabile per il mantenimento di un Kc costante. In conclusione di questo punto, va fatto notare che il SIDC ha voluto che gli fossero inviati anche tutti i nostri dati osservativi precedenti al 15 Settembre 2010, cioè per l’intero anno 2009 e dal 1 Gennaio al 14 Settembre 2010. E’ stata forse questa buona quantità di dati inviati a consentirci di essere inseriti da subito tra le stazione del network cooperanti per il calcolo degli ISSN, senza essere tenuti sotto osservazione per un periodo preliminare (della durata di una anno circa).

    6) Coefficienti di riduzione

Nell’anno 2009 il coefficiente di riduzione (Kc) medio, per l’osservatore Mario Gatti, Responsabile Tecnico dell’Osservatorio che ha compiuto tutte le osservazioni ufficiali, è stato di 0,7. Poiché, come spiegato al punto precedente, nel 2010 è stato adottato il sistema di conteggio delle macchie proposto dai successori di Wolf  ed impiegato anche alla Specola Solare Ticinese di Locarno, che porta ad un naturale incremento dei Numeri di Wolf relativi, il coefficiente di riduzione dello stesso osservatore è cambiato, abbassandosi a 0.59. Il valore del coefficiente di riduzione per il 2011 è stato 0.61, come mostrato in precedenza nella tabella 1. Il valore è quindi di fatto identico a quello del 2010 in quanto entrambi, arrotondati alla prima cifra decimale, danno il valore 0.6. Tale valore, continuando ad adottare lo stesso metodo di conteggio, dovrà mantenersi costante il più possibile negli anni a venire.

E’ comunque importante sottolineare che i valori di Kc indicati non sono quelli assegnati ufficialmente dal SIDC al nostro Osservatorio (cosa prematura visto che la nostra collaborazione ufficialmente è iniziata da meno di un anno e mezzo, anche se i dati inviati coprono 3 anni di osservazione), ma ottenuti semplicemente (e quindi approssimativamente) come rapporto inverso tra i numeri di Wolf medi mensili non ridotti calcolati in Osservatorio e quelli internazionali (tra l’altro non sempre definitivi ma solo provvisori, anche se di solito i due valori differiscono di molto poco) resi noti dal SIDC.

      7) Osservazione Hα

Parallelamente all’attività fin qui descritta, è continuata anche per il 2011 l’osservazione delle protuberanze solari in cromosfera nella frequenza di 6563Å della riga α della serie di Balmer dell’Idrogeno. Purtroppo la mancanza di tempo ed alcuni problemi organizzativi non hanno permesso di condurre questa attività in modo regolare e sistematico come le altre. Sono stati infatti realizzati solo 32 disegni in tutto l’anno, la maggior parte dei quali compiuti dai gruppi di osservazione della classe 5G 2010-2011. Attualmente l’attività di osservazione in Hα è affidata alle classi 4F, 4G e 4D, ma il tempo limitato messo a disposizione di questi gruppi per le osservazioni (due al mese) non permetterà certo di produrre un numero significativo di disegni. Per tale motivo in questo rapporto non vengono presentati, al contrario dei due anni precedenti, i risultati delle osservazioni in luce monocromatica. Tutte le osservazioni sono state compiute con un PST Coronado da 40/400 utilizzando oculari da 10 mm. per la ricognizione del bordo disco e da 6 mm. per l’osservazione dei dettagli fini. I due oculari forniscono ingrandimenti rispettivamente di 40X e 67X. Per ogni osservazione è stato realizzato un disegno con i nuclei e gli elementi delle protuberanze osservate (classificate con gli opportuni metodi) ed il calcolo di un indice di attività, detto Numero di Pettis (o Prominence Number Rp), equivalente del Numero di Wolf per le macchie solari, ottenuto con una formula di calcolo molto simile, anche se coinvolgente parametri diversi.

Bisuschio, 3 Gennaio 2012                      

Il Responsabile Tecnico dell’Osservatorio (Mario Gatti)
mario.gatti@isisbisuschio.it