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Quanto è Buio il Cielo Notturno ?

Quanto è buio il cielo notturno ? A questa domanda abbiamo cercato di dare una risposta “esatta” provando a misurare la luminosità del cielo notturno utilizzando un sensore basato su fotomoltiplicatore. Naturalmente è obbligatorio, se si vogliono ottenere risultati significativi, posizionarsi in luoghi non raggiunti dalla illuminazione artificiale ed effettuare le misurazioni in nottate senza luna.

L’utilizzo di un dispositivo di puntamento ci permetterà di fare la misura in diversi punti della volta celeste in modo da valutare la luminosità della zona coperta dalla via lattea ed evidenziare in maniera qualitativa / quantitativa fenomeni di luce zodiacale.

L’Apparato

L’apparato è principalmente costituito da un fotomoltiplicatore Hamamatsu R647 con anodo collegato a massa e catodo collegato ad alta tensione negativa. Lo schema di collegamento con il partitore ed il condensatore di accoppiamento è descritto nel post seguente : Il Conteggio dei Fotoni. L’alta tensione viene ottenuta con  il generatore HV Matsusada J4-3N-LX. La tensione normale di lavoro del PMT è di 1000V. L’immagine sotto mostra il PMT ed il generatore.

Il PMT viene inserito in un tubo a tenuta di luce della lunghezza di circa 1m. Il PMT è tenuto in posizione da uno strato di gommapiuma. Il connettore del PMT, con il partitore dei dinodi, sporge oltre la gommapiuma per essere collegato ai connettori SHV (per l’alta tensione) e BNC (per il segnale). Le immagini sotto mostrano questi collegamenti.

Il tubo con il PMT è stato posizionato su di un treppiede per macchina fotografica, insieme al generatore HV, in modo da poterlo puntare su punti differenti della volta celeste. L’immagine sotto mostra l’apparato completo.

Per valutare le misure di luminosità è necessario conoscere l’angolo solido sotteso dal fotocatodo del PMT, lo schema geometrico rappresentato sotto mostra la posizione del PMT all’interno del tubo, dove d = 850 mm, il diametro del tubo è di 63 mm e quindi la superfice dell’apertura del tubo vale 3117 mm2.

L’angolo solido si calcola : Ω = A / d2 = 0,0043 sr

L’Amplificatore

Il PMT è stato accoppiato in continua con l’amplificatore “universale” per PMT della Micod descritto nel post : Amplificatore Universale Micod per PMT. I livelli di intensità luminosa sono molto bassi, ma non così bassi da poter utilizzare il PMT in modalità “photon counting”. La fotocorrente prodotta dal PMT viene inviata all’amplificatore CSP per essere amplificata e produrre un segnale in uscita proporzionale alla intensità della luce che raggiunge il fotocatodo del PMT. Il segnale in uscita viene prodotto dalla somma di tutti i singoli impulsi che si sovrappongono uno sull’altro.
Nella immagine sotto viene mostrato, a titolo di esempio, il valore che si ottiene (348 mV) puntando il PMT verso il cielo notturno all’interno di un centro abitato.

 

Risultati

L’apparato che abbiamo realizzato è piuttosto rudimentale. Ci ha comunque permesso di valutare in modo quantitativo la differente luminosità del cielo notturno misurata in prossimità di una città media da quella che si ha in una località di montagna relativamente priva di inquinamento luminoso. La differenza è notevole, si passa da un valore di 350mV ad un valore di 100mV (valore misurato all’uscita dell’amplificatore).
In condizioni di basso inquinamento luminoso è possibile apprezzare nettamente l’aumento di luminosità che si ottiene puntando lo strumento verso la Via Lattea.
La tabella sotto riassume i valori ottenuti durante alcune sessioni di misura.

Tipo di Misura Valore (mV)
Background 45
Cielo Notturno in Città 350
Cielo Notturno in Montagna 100
Cielo Notturno in Montagna (Via Lattea) 150

Per fare delle misure con maggiore precisione è necessario dotare lo strumento con una montatura adeguata (equatoriale oppure altazimutale) e fare le misurazioni a diverse coordinate in modo da valutare la luminosità in diversi punti della volta celeste.
In condizioni ottimali sarebbe anche possibile valutare quantitativamente la luminosità dovuta alla luce zodiacale.

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