CCD: prime esperienze
	di Michele Bortolotti, Gabriele Sartori e Michele Zanin (Associazione Astrofili Trentini)

Negli ultimi anni, grazie alla tecnologia, l'astronomia ha fatto passi da gigante (basti pensare alle immagini dell'Hubble Space Telescope, ai dati raccolti dalle sonde interplanetarie, ecc.). Fortunatamente il progresso tecnologico ha portato una corrispondente riduzione dei prezzi, mettendo così a disposizione degli astrofili strumenti che fino a non molti anni fa erano il sogno dei più grandi osservatori professionali. Tra questi vi è il CCD, uno strumento che permette la ripresa di immagini digitali.

Il CCD, acronimo di Charge-Coupled Device, ossia dispositivo ad accoppiamento di carica, è un chip in silicio sviluppato nel 1969 nei laboratori Bell che trasforma i fotoni (cioè la luce) in elettroni (cioè carica elettrica). Il chip è costituito è costituito da una matrice di sensori; è così possibile, contando le cariche elettriche accumulate su ciascuna cella, ricostruire l'immagine ripresa grazie all'interfacciamento con un computer.

Il CCD funziona quindi come una macchina fotografica; vediamo quindi quali sono le differenze tra la fotografia tradizionale e la tecnica CCD.

Innanzi tutto il CCD fornisce un'immagine digitale che ben si presta a successive elaborazioni e che è immediatamente visibile sullo schermo del computer, permettendoci di valutare sul campo i risultati ottenuti e soprattutto di evitare la lunga, e non certo priva di insidie, fase dello sviluppo.

Esistono poi alcune caratteristiche che fanno pendere la bilancia a favore del CCD, soprattutto per quel che riguarda la fotografia astronomica ed in generale quella scientifica:

• il CCD ha una sensibilità paragonabile ad un'ipotetica pellicola fotografica a 22000 ISO, riducendo così drasticamente i tempi di esposizione;
• il CCD non soffre l'effetto Schwarzschild e quindi mantiene la stessa sensibilità indipendentemente dalla durata dell'esposizione; questa linearità permette tra l'altro di compiere buone misure fotometriche.

Da diversi anni l'AAT possiede una camera CCD della Californiana SBIG modello ST4. Si tratta di una camera con prestazioni modeste possiede infatti un chip fotosensibile di 2.64x2.64mm con pixel rettangolari, senza otturatore meccanico e con interfaccia A/D converter a soli 8 bit (256 livelli di grigio). Date le caratteristiche tecniche e l'enorme progresso nel settore che ha portato allo sviluppo di camere con caratteristiche che alcuni anni or sono erano disponibili solo per CCD professionali, l'uso dell' ST4 per riprese fotografiche potrebbe sembrare precluso.

Nonostante le premesse non certo incoraggianti da qualche tempo alcuni di noi hanno dedicato alcune serate osservative all'utilizzo della camera con risultati non certo paragonabili a quanto si vede nelle varie rassegne CCD sulle varie riviste del settore, ma comunque incoraggianti; un solo dato è sufficiente a capire quanto misere siano le prestazioni del nostro CCD: il costo dell'ST4 completo di consolle si aggira oggi attorno al milione, milione e mezzo di lire, mentre un CCD "della nuova generazione" può costare dai sette ai trenta milioni.

Ma passiamo alla descrizione delle serate.

23/01/2000, sito: Terlago, strumentazione: ST4 al fuoco di un telescopio C8 Ultima motorizzato in entrambi gli assi, osservatore: Sartori Gabriele.

Il soggetto scelto per la primissima prova è stato Giove, visibile in quel periodo nella prima parte della sera, insieme a Saturno.

Ho eseguito diverse pose con tempo di integrazione 0.25", e ho registrato il relativo Dark frame. Il dark frame altro non è che una esposizione della durata identica alle riprese del soggetto che si vuole fotografare, ma con il telescopio tappato, in modo che sulla foto venga registrato solo il "rumore termico" del CCD; in tal modo, sottraendo elettronicamente il Dark Frame dalla ripresa, si ottiene una foto ripulita dal rumore elettrico dello strumento che nel caso dell'ST4 non è certo piccolo.

Finite le riprese ho selezionato i tre frame (sono la stessa cosa dei fotogrammi sulla pellicola) migliori e li ho sommati con un programma di elaborazione immagini (Photoshop 5.0). Ho quindi applicato dei filtri del tipo maschera sfuocata e distorsione Gaussiana per esaltare i seppur pochi dettagli registrati sui singoli frame.

Il risultato è visibile in figura 1; la qualità della stampa non permette certo di apprezzare appieno i risultati comunque al più breve le immagini saranno disponibili su sito internet dell'AAT (http://www.mtsn.tn.it/astrofili/) e liberamente scaricabili.

La stessa sera ho tentato la ripresa di Saturno con la stessa procedura usata per Giove aumentando solo il tempo di esposizione a 0.5" per frame.

L'elaborazione al PC è stata la stessa ed i risultati sono visibili in figura 2; anche in questo caso tutta la documentazione sarà al più presto disponibile su internet.

19/02/2000, sito: Terlago, strumentazione ST4 al fuoco di un telescopio C8 Ultima motorizzato in entrambi gli assi, osservatori: Sartori Gabriele e Bortolotti Michele.

Il programma a corredo dell'ST4 permette anche di effettuare misure fotometriche e di separazione angolare in stelle doppie. Abbiamo quindi deciso di testare il CCD anche in questo campo. La stella che abbiamo scelto è la epsilon geminorum, una stella doppia nella costellazione dei gemelli con una principale di magnitudine 3.2 ed una compagna di magnitudine 9.2 separata dalla compagna di 110 arc.

Abbiamo eseguito una posa di 5" e siamo quindi passati senza elaborazione alcuna alla misura delle magnitudini e della separazione angolare delle due stelle (figura 3).

Questi i dati da noi misurati:

      Magnitudine stella principale:    3.52
      Magnitudine stella secondaria:    9.83
      Separazione angolare:           102.00

Come si può constatare i dati da noi misurati non sono molto distanti da quelli di riferimento, suggerendo un possibile utilizzo dello strumento nella fotometria o nella registrazione del moto delle stelle doppie.

La stessa sera siamo passati alla ripresa di oggetti Deep Sky e la nostra attenzione non poteva che ricadere su M42 la Nebulosa di Orione.

Abbiamo eseguito diverse riprese a tempi variabili tra gli 0.25" ed i 10". Confrontando le riprese con la carta proposta da Megastar abbiamo abbastanza agevolmente individuato la regione inquadrata, (date le piccole dimensioni del sensore non è possibile riprendere l'intera nebulosa in una sola esposizione ma si deve eseguire un così detto mosaico).

Lasciato il telescopio abbiamo pensato di provare a sovrapporre la ripresa con tempo di integrazione di 5" alla carta proposta da Megastar. Come si può constatare (figura 4) sia la regione del trapezio (le 4 stelle sulla sinistra che sono responsabili della luminosità della nebulosa) sia la stella in alto corrispondono, mentre appaiono due punti luminosi in basso che non sembrano corrispondere ad alcuna stella. Eseguendo la stessa procedura di sovrapposizione con una fotografia ad alta risoluzione di M42 è risultato che i due punti luminosi non sono in realtà stelle, come correttamente indicato da Megastar, bensì due addensamenti nella nebulosa che appaiono nelle riprese più luminosi della zona circostante. Anche in questo caso tutte le riprese compresa la sovrapposizione con la fotografia ad alta risoluzione sono consultabili e scaricabili nel nostro sito, sempre nel sito è inoltre disponibile un filmato in formato avi che descrive le operazione di sovrapposizione del frame da noi ripreso alla mappa celeste.

In conclusione possiamo affermare che pur non potendo certo competere con strumenti più evoluti l'ST4 è comunque ancora valido, se si accetta di abbandonare l'aspetto estetico della ripresa, e ci si concentra sulla misura di stelle doppie, di stelle variabili e di posizioni di oggetti non stellari.

Il nostro lavoro di ripresa e di confronto sicuramente continuerà magari con oggetti più "difficili" nella speranza di vedere qualche "temerario" unirsi a noi, come ha fatto Michele Zanin, in modo da rendere il lavoro più "leggero" e divertente.