10762 - OTTICA ASTRONOMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente acquisisce le conoscenze fondamentali di ottica geometrica e ondulatoria, con specifiche applicazioni alla strumentazione e osservazione astronomica. Ha inoltre dimestichezza con gli strumenti necessari a determinare le prestazioni di un sistema ottico elementare.

Contenuti

Il corso prevede un totale di 7 CFU, di cui 5 dedicati alle lezioni frontali e 2 alle attività di laboratorio. Le lezioni frontali sono articolate in tre moduli distinti ma complementari.

1. Contenuti delle lezioni frontali 

Modulo 1 – Ottica geometrica

• Natura della luce e introduzione alla radiazione elettromagnetica

• Fenomeni fondamentali: riflessione, rifrazione, assorbimento, dispersione

• Effetti dell’atmosfera sulle osservazioni astronomiche: rifrazione atmosferica, assorbimento

• Prisma e lamine piane parallele

• Specchi e lenti sottili

• Funzionamento dell’occhio come sistema ottico

Modulo 2 – Ottica ondulatoria

• Polarizzazione della luce e legge di Malus

• Principio di Huygens-Fresnel

• Interferenza: esperimento di Young, interferometro di Michelson

• Diffrazione: fenditura singola, fenditura circolare, fenditure multiple

• Reticolo di diffrazione

• Trasformata di Fourier per l’ottica e filtraggio spaziale

• Potere separatore degli strumenti ottici, point spread function (PSF), campionamento

Modulo 3 – Ottica applicata all’astronomia

• Trattazione analitica della turbolenza atmosferica

• Aberrazioni ottiche: aberrazione cromatica, sferica, astigmatismo, coma, distorsione

• Configurazioni ottiche nei telescopi astronomici

• Panoramica sui telescopi moderni: Ottici, a raggi X e radio

• Telescopi a terra e nello spazio

2. Attività di laboratorio

Prima prova

• Allineamento e misura della divergenza di un laser

• Beam expander con filtraggio spaziale

• Interferometro di Michelson e analisi delle frange di interferenza

Seconda prova

• Misura di lenti convergenti, divergenti e accoppiate

• Formazione dell’immagine e trasformata ottica di Fourier

Demo

Svolte in aula o in laboratorio, con partecipazione attiva degli studenti:

• Polarizzazione e legge di Malus (acquisizione e analisi dati)

• Visualizzazione della turbolenza atmosferica tramite strioscopia ed effetti sulla PSF

• Filtraggio nel piano di Fourier

• Utilizzo di reticolo di diffrazione e spettrografo

• Osservazione astronomica con il telescopio dell’Osservatorio di Loiano (in presenza o online)

 

Testi/Bibliografia

Tutto il materiale indispensabile per la preparazione del corso e dell’esame è disponibile sulla piattaforma Virtuale dell’Ateneo.

Il materiale comprende:

• Slide delle lezioni, contenenti la parte teorica trattata a lezione;

• Notebook Jupyter con esempi di codice Python, esercizi guidati e applicazioni pratiche dei concetti chiave (polarizzazione, interferenza, diffrazione);

• Istruzioni dettagliate sulle attività di laboratorio proposte.

Il materiale è organizzato per unità tematiche, coerenti con i moduli del programma, ed è aggiornato regolarmente durante il corso.

Non è richiesto l’acquisto di testi obbligatori. Tuttavia, per chi desidera approfondire gli argomenti trattati, si consiglia:

• Eugene Hecht, Optics, Addison-Wesley – Testo di riferimento completo e autorevole sull’ottica.

• Mencuccini, Silvestrini, Fisica – Elettromagnetismo e Ottica, Casa Editrice Ambrosiana.

• Mazzoldi, Nigro, Voci, Fisica Vol. II, EdiSES, 2019.

• Mazzoldi, Paolo, Fisica Vol. II, EdiSES, 2021.

Nota per studenti non frequentanti: l'accesso alla piattaforma Virtuale è fortemente consigliato, in quanto contiene anche eventuali aggiornamenti e comunicazioni del docente.

Metodi didattici

Il corso si articola in lezioni frontali, attività di laboratorio, dimostrazioni sperimentali e una visita osservativa al telescopio Cassini di Loiano.

1. Lezioni frontali (in presenza o online)

Durante le lezioni frontali vengono introdotti e sviluppati gli argomenti teorici fondamentali, anche attraverso esempi pratici e simulazioni.

2. Attività di laboratorio (in presenza)

Le attività di laboratorio si svolgono in piccoli gruppi, al fine di:

• favorire la collaborazione tra pari;

• sviluppare capacità di problem solving teorico e pratico;

• applicare operativamente i concetti teorici affrontati in aula.

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio. 

3. Demo

Durante le attività dimostrative, condotte dai docenti, gli studenti sono coinvolti attivamente nell’osservazione e nell’interpretazione dei fenomeni fisici. Queste sessioni promuovono il pensiero critico, la formulazione di ipotesi, e l’elaborazione condivisa di soluzioni.

4. Visita al telescopio Cassini di Loiano

Il corso include una visita didattica presso il telescopio Cassini dell’Osservatorio di Loiano. L’esperienza comprende:

• osservazione del Sole durante le ore diurne;

• utilizzo serale del telescopio da 1,5 metri per osservazioni astronomiche a livello professionale.

 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento si articola in due prove distinte, progettate per valutare in modo integrato conoscenze teoriche, abilità applicative e competenze trasversali, in linea con gli obiettivi formativi del corso. Il voto può essere rifiutato al massimo due volte.

1. Relazione sulle attività di laboratorio (prova scritta, in gruppo)

La prima prova consiste nella stesura di una relazione scientifica relativa alle attività di laboratorio, da redigere in piccoli gruppi.

L’elaborato ha l’obiettivo di accertare:

• la comprensione e l'applicazione dei concetti teorici affrontati a lezione;

• la capacità di osservazione, analisi critica e interpretazione dei dati sperimentali;

• la padronanza nell’utilizzo del linguaggio tecnico-scientifico;

• la capacità di redigere un report secondo i criteri di rigore metodologico e formale.

La relazione dovrà essere:

• redatta utilizzando obbligatoriamente un template LaTeX fornito dal docente;

• caricata sulla piattaforma Virtuale almeno una settimana prima della data prevista per la prova orale.

La consegna della relazione nei tempi stabiliti è condizione necessaria per l’accesso alla prova orale, indipendentemente dalla valutazione ottenuta. Alla relazione può essere attribuito un punteggio massimo di 2 punti, che concorreranno alla definizione del voto finale. La griglia di valutazione è la seguente:

2 punti

• Chiarezza: Obiettivi, contesto e riferimenti teorici ben definiti

• Metodo: Procedura descritta con precisione

• Risultati: Dati ordinati (tabelle/grafici) e analisi corretta

• Discussione: Interpretazione approfondita, spiegazione degli errori e riflessione

1 punto

• Chiarezza: Obiettivi e contesto presenti ma poco approfonditi

• Metodo: Procedura descritta in modo vago o incompleto

• Risultati: Dati confusi o analisi superficiale

• Discussione: Commento generico, riflessione poco sviluppata

0 punti

• Chiarezza: Obiettivi o contesto assenti, manca il riferimento teorico

• Metodo: Procedura incompleta o assente

• Risultati: Mancano dati o analisi

• Discussione: Nessuna interpretazione o conclusione

 

2. Prova orale individuale

La seconda prova consiste in un colloquio orale individuale, finalizzato a verificare la padronanza dei contenuti teorici affrontati nei tre moduli del corso, la capacità di rielaborare autonomamente i concetti e applicarli in contesti diversi, nonché il pensiero critico e l’abilità argomentativa dello studente. Il colloquio prevede quattro quesiti a risposta aperta, ciascuno con una durata indicativa di circa dieci minuti.

Il voto finale, espresso in trentesimi, include il contributo della relazione scritta (massimo +2 punti). I criteri di assegnazione del voto complessivo sono i seguenti:

• 18-19 Conoscenze molto limitate; comprensione solo con guida del docente; linguaggio impreciso ma accettabile.
• 20-24 Conoscenza parziale; analisi limitata a compiti esecutivi; linguaggio nel complesso corretto.
• 25-29 Conoscenza solida e articolata; analisi autonoma; uso appropriato della terminologia disciplinare.
• 30-30L Preparazione completa e approfondita; ottima capacità di collegamento e argomentazione; linguaggio preciso ed efficace.

 

 

La frequenza alle lezioni frontali è fortemente consigliata, mentre la frequenza al laboratorio è obbligatoria. In presenza di impedimenti giustificati (es. studenti lavoratori), è possibile concordare soluzioni flessibili con i docenti. In tal caso, si raccomanda di contattare i docenti con congruo anticipo per consentire un’adeguata riorganizzazione delle attività.

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile all'indirizzo https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it: sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

 

Strumenti a supporto della didattica

Il corso utilizza slide, lavagna, notebook Python per simulazioni e analisi dati, attività di laboratorio al banco ottico e una visita didattica all’Osservatorio di Loiano. Tutto il materiale è disponibile sulla piattaforma Virtuale in formato accessibile. Sono previsti adattamenti per studenti con disabilità su richiesta.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Carmela Lardo

Consulta il sito web di

Consulta il sito web di Bruno Marano