Astrophysics and Cosmology - Astrofisica e Cosmologia

Parte 1 – Richiami di base Ottica geometrica e aberrazioni primarie di raggio e di fronte d’onda al terzo ordine, mono e cromatiche. Metodi di correzione. Parte 2 – Telescopi Configurazioni classiche di telescopi riflettivi (Cassegrain, Gregoriano, Ritchey-Chretien, Dall-Kircham), rifrattivi (galileiano, kepleriano) e catadiottrici (Schmidt) e ottiche ausiliari. Descrizione di alcuni dei più interessanti telescopi in operazione. Montature a più assi e sistema di puntamento. Telescopi a specchi liquidi Parte 3 – Diffrazione e Figure di merito Richiami della diffrazione su ottiche con aperture variabili in forma ed apodizzazione. Studio di alcune figure di merito (PSF, EE, OTF) e loro applicazione. Caso particolare: analisi delle prestazioni del Hubble Space Telescope. Parte 4 - Progettazione ottica. Descrizione di un programma di ottimizzazione ottica e sua applicazione su configurazioni ottiche esistenti. Attività di lavoro in gruppi per studiare le prestazioni di un qualunque telescopio scelto. Parte 5 – Ottica Gaussiana o Quasi-Ottica Propagazione di fasci gaussiani, Metodo matriciale, Trasformazione del fascio da lente sottile, Accoppiamento tra fasci gaussiani, Antenne corrugate. Parte 6 – Atmosfera Impatto dell’atmosfera per osservazioni da terra in condizione di stabilità e di fluttuazioni. Condizionamento della atmosfera terrestre sulla scelta dei siti e sul disegno degli strumenti ottici di osservazione per le diverse bande spettrali: rifrazione e seeing (VIS-IR) e sky-noise (mm). Parametri atmosferici per quantificare la sua variabilità (Fried, tempo di coerenza e angolo isoplanatico). Parte 7 - Ottiche Attiva e Adattiva Principi e campi di applicazione, Correttori di fronte d'onda, sensori di fronte d'onda, stelle artificiali. Parte 8 – Ottiche particolari in Astronomia Telescopi gamma: maschere codificate e telescopi Compton. Telescopi X: configurazioni con specchi a riflessione radente, UV-Visibile-IR. Torri solari, Onde millimetriche: concentratori di radiazione e telescopi con modulazione spaziale. Radiotelescopi e interferometria radio.

a) E’ indispensabile conoscere le basi della fisica generale e quindi dell’ottica, previste per l'acquisizione di una laurea triennale in Fisica. b) E’ importante avere conoscenze di base di Astronomia e di Astrofisica. c) E’ utile avere dimestichezza con il computer e un linguaggio di programmazione.

1 - Dispense del Corso di Ottica Applicata di M. De Petris (http://oberon.roma1.infn.it/otticaastronomica) [nelle Dispense si trova circa il 60% del materiale esposto a lezione. Dopo ogni lezione si rendono comunque disponibili copie delle slides.] 2 - F.A. Jenkins e H.E. White "Fundamentals of Optics", McGraw-Hill Inc. 1981 [Suggerito prevalentemente per la parte di Ottica Geometrica] 3 - D.J. Schroeder "Astronomical Optics", Academic Press, (522 Sch - Rif Biblio Dip. Fisica) [Suggerito per la trattazione delle aberrazioni nei telescopi] 4 - P.F. Goldsmith "Quasioptical Systems" IEEE Press (621 38 Golds - Rif Biblio Dip. Fisica) [Suggerito per tutta la parte di Ottica Gaussiana] 5 – articoli specifici riportati nelle dispense e/o slides [Solo per argomenti specifici]

La modalità di svolgimento del corso prevede lezioni frontali in aula alla lavagna integrate dalla proiezione di slides. Inoltre gli studenti, suddivisi in gruppi, faranno pratica con un programma di progettazione ottica per mettere in pratica quanto appreso e quindi per studiare le prestazioni ottiche di un telescopio esistente a loro scelta, concordato prima con il docente. L'analisi prodotta verrà da loro poi illustrata in aula verso la fine del corso.

La frequenza è facoltativa ma nell'impossibilità di seguire le lezioni si consiglia sempre di contattare il docente.

Le conoscenze acquisite dallo studente vengono valutate durante una prova orale della durata di circa 40 minuti dove il candidato deve prima esporre un approfondimento di un argomento a scelta tra quelli previsti nel corso, concordato prima dell'esame con il docente, e quindi rispondere a domande varie sul programma del corso. Allo studente verrà richiesto di applicare i metodi appresi in esercizi o ad esempi e situazioni simili a quelle discusse durante il corso. Nella valutazione finale si tiene conto di: - correttezza e completezza dei concetti esposti; - chiarezza e rigore espositivo; - capacità di sviluppo analitico della teoria; - attitudine nel problem solving (metodo e risultati).

La modalità di svolgimento del corso prevede lezioni frontali in aula alla lavagna integrate dalla proiezione di slides. Inoltre gli studenti, suddivisi in gruppi, faranno pratica con un programma di progettazione ottica per mettere in pratica quanto appreso e quindi per studiare le prestazioni ottiche di un telescopio esistente a loro scelta, concordato prima con il docente. L'analisi prodotta verrà da loro poi illustrata in aula verso la fine del corso.

Parte 1 – Richiami di base Ottica geometrica e aberrazioni primarie di raggio e di fronte d’onda al terzo ordine, mono e cromatiche. Metodi di correzione. Parte 2 – Telescopi Configurazioni classiche di telescopi riflettivi (Cassegrain, Gregoriano, Ritchey-Chretien, Dall-Kircham), rifrattivi (galileiano, kepleriano) e catadiottrici (Schmidt) e ottiche ausiliari. Descrizione di alcuni dei più interessanti telescopi in operazione. Montature a più assi e sistema di puntamento. Telescopi a specchi liquidi Parte 3 – Diffrazione e Figure di merito Richiami della diffrazione su ottiche con aperture variabili in forma ed apodizzazione. Studio di alcune figure di merito (PSF, EE, OTF) e loro applicazione. Caso particolare: analisi delle prestazioni del Hubble Space Telescope. Parte 4 - Progettazione ottica. Descrizione di un programma di ottimizzazione ottica e sua applicazione su configurazioni ottiche esistenti. Attività di lavoro in gruppi per studiare le prestazioni di un qualunque telescopio scelto. Parte 5 – Ottica Gaussiana o Quasi-Ottica Propagazione di fasci gaussiani, Metodo matriciale, Trasformazione del fascio da lente sottile, Accoppiamento tra fasci gaussiani, Antenne corrugate. Parte 6 – Atmosfera Impatto dell’atmosfera per osservazioni da terra in condizione di stabilità e di fluttuazioni. Condizionamento della atmosfera terrestre sulla scelta dei siti e sul disegno degli strumenti ottici di osservazione per le diverse bande spettrali: rifrazione e seeing (VIS-IR) e sky-noise (mm). Parametri atmosferici per quantificare la sua variabilità (Fried, tempo di coerenza e angolo isoplanatico). Parte 7 - Ottiche Attiva e Adattiva Principi e campi di applicazione, Correttori di fronte d'onda, sensori di fronte d'onda, stelle artificiali. Parte 8 – Ottiche particolari in Astronomia Telescopi gamma: maschere codificate e telescopi Compton. Telescopi X: configurazioni con specchi a riflessione radente, UV-Visibile-IR. Torri solari, Onde millimetriche: concentratori di radiazione e telescopi con modulazione spaziale. Radiotelescopi e interferometria radio.

a) E’ indispensabile conoscere le basi della fisica generale e quindi dell’ottica, previste per l'acquisizione di una laurea triennale in Fisica. b) E’ importante avere conoscenze di base di Astronomia e di Astrofisica. c) E’ utile avere dimestichezza con il computer e un linguaggio di programmazione.

1 - Dispense del Corso di Ottica Applicata di M. De Petris (http://oberon.roma1.infn.it/otticaastronomica) [nelle Dispense si trova circa il 60% del materiale esposto a lezione. Dopo ogni lezione si rendono comunque disponibili copie delle slides.] 2 - F.A. Jenkins e H.E. White "Fundamentals of Optics", McGraw-Hill Inc. 1981 [Suggerito prevalentemente per la parte di Ottica Geometrica] 3 - D.J. Schroeder "Astronomical Optics", Academic Press, (522 Sch - Rif Biblio Dip. Fisica) [Suggerito per la trattazione delle aberrazioni nei telescopi] 4 - P.F. Goldsmith "Quasioptical Systems" IEEE Press (621 38 Golds - Rif Biblio Dip. Fisica) [Suggerito per tutta la parte di Ottica Gaussiana] 5 – articoli specifici riportati nelle dispense e/o slides [Solo per argomenti specifici]

La modalità di svolgimento del corso prevede lezioni frontali in aula alla lavagna integrate dalla proiezione di slides. Inoltre gli studenti, suddivisi in gruppi, faranno pratica con un programma di progettazione ottica per mettere in pratica quanto appreso e quindi per studiare le prestazioni ottiche di un telescopio esistente a loro scelta, concordato prima con il docente. L'analisi prodotta verrà da loro poi illustrata in aula verso la fine del corso.

La frequenza è facoltativa ma nell'impossibilità di seguire le lezioni si consiglia sempre di contattare il docente.

Le conoscenze acquisite dallo studente vengono valutate durante una prova orale della durata di circa 40 minuti dove il candidato deve prima esporre un approfondimento di un argomento a scelta tra quelli previsti nel corso, concordato prima dell'esame con il docente, e quindi rispondere a domande varie sul programma del corso. Allo studente verrà richiesto di applicare i metodi appresi in esercizi o ad esempi e situazioni simili a quelle discusse durante il corso. Nella valutazione finale si tiene conto di: - correttezza e completezza dei concetti esposti; - chiarezza e rigore espositivo; - capacità di sviluppo analitico della teoria; - attitudine nel problem solving (metodo e risultati).

La modalità di svolgimento del corso prevede lezioni frontali in aula alla lavagna integrate dalla proiezione di slides. Inoltre gli studenti, suddivisi in gruppi, faranno pratica con un programma di progettazione ottica per mettere in pratica quanto appreso e quindi per studiare le prestazioni ottiche di un telescopio esistente a loro scelta, concordato prima con il docente. L'analisi prodotta verrà da loro poi illustrata in aula verso la fine del corso.