lunedì 16 gennaio 2012

Come riprendere le nubi e la superficie di Venere [aggiunta nuova immagine]

Come vi ho anticipato in un precedente post, dopo oltre un anno di attesa, il pianeta Venere si rende di nuovo ben osservabile la sera appena dopo il tramonto del Sole.

Le nubi di Venere riprese con un telescopio da 23 centimetri
Tra gli appassionati di astronomia, il pianeta purtroppo non è molto amato perché avvolto da una perenne cappa di nubi che oscura completamente la superficie. Oltre al danno, però, anche la beffa, perché alle lunghezze d'onda del visibile le nubi appaiono quasi completamente omogenee.
Il pianeta, quindi, dopo una fugace occhiata e magari qualche foto ricordo, viene abbandonato perché ritenuto poco interessante.

Invece, proprio come dovrebbe suggerire il nome femminile, Venere, come ogni donna, deve essere corteggiata, capita, apprezzata, e lentamente rivelerà, solamente ai più determinati e attenti, un'intricata trama di dettagli probabilmente unici, in tutto il sistema solare, per la dinamicità e le proprietà, accessibili a telescopi a partire dai 10 centimetri.

Ottenere immagini soddisfacenti del pianeta è possibile ma richiede quindi una tecnica appropriata ed una buona dose di esperienza.
Prima di svelare qualche piccolo segreto, vediamo quali dettagli si possono osservare, perché le sorprese sono proprio qui, visto che molti non sono neanche conosciuti.

1)  Riprese nel vicino ultravioletto (UV): questa è la classica lunghezza d'onda che anche in passato ha sempre mostrato le nubi di Venere, con la classica forma ad Y piuttosto ricorrente.
In questa banda si può osservare la sommità delle nubi, a circa 80 km dalla superficie. Questa porzione di atmosfera ruota in soli 4 giorni, con una velocità maggiore all'equatore e nettamente minore ai poli. La cosiddetta super-rotazione dell'alta atmosfera venusiana, contro i 243 giorni della superficie solida, è uno dei tanti misteri ancora non risolti di questo intrigante pianeta.

Una delle mie migliori riprese in UV delle nubi di Venere

2)  Riprese nel vicino infrarosso. Venere non mostra le nubi solamente in UV, lunghezza d'onda peraltro difficile da domare, sia a causa della relativa opacità dell'atmosfera terrestre che dell'elevata turbolenza, ma anche e soprattutto nel vicino infrarosso.
A questa lunghezza d'onda sono visibili sistemi nuvolosi completamente diversi rispetto all'UV, sia per quanto riguarda la forma che la dinamica.
Le nubi visibili hanno dimensioni decisamente minori in latitudine ma sono ben estese in longitudine.
Gli strati osservabili si trovano a circa 60 km di altezza, quota confermata dallo studio della loro velocità, minore rispetto alle nubi visibili in ultravioletto. L'atmosfera di Venere accessibile all'infrarosso ruota in poco più di 6 giorni e si modifica molto più rapidamente.

Due delle mie migliori riprese in IR delle nubi di Venere


3) Riprese nel visibile. Le moderne camere planetarie (monocromatiche), con sensori estremamente sensibili e magari dotati di dinamica superiore agli 8 bit, riescono a fornirci in realtà dettagli delle nubi venusiane ad ogni lunghezza d'onda. Cade quindi anche l'ultima convinzione, ancora ben radicata: Venere mostra sempre dettagli!
Curiosamente, le nubi accessibili alle lunghezze d'onda visibili, sono molto simili a quelle che si osservano nel vicino infrarosso, a testimonianza del fatto che questi dettagli sono dovuti al diverso contrasto dei sistemi nuvolosi, mentre nell'ultravioletto interviene qualche processo chimico ancora sconosciuto, che produce dettagli osservabili solo a questa lunghezza d'onda.

Aspetto di Venere dall'UV all'IR. Le nubi si riprendono anche nel visibile


4) Riprese della superficie. C'è una tecnica particolare che consente di riprendere anche la superficie di Venere, ritenuta completamente inaccessibile a causa della spessa ed opaca atmosfera. Una camera CCD sensibile, un filtro passa infrarosso da 1000 nm ed una fase del pianeta estremamente sottile, ci consentono di riprendere la radiazione termica (il calore) della parte non illuminata del pianeta, sensibile alle variazioni di quota.

La superficie di Venere ripresa attraverso la radiazione termica della parte non illuminata dal Sole


Ora veniamo alla tecnica, simile alle riprese in alta risoluzione degli altri corpi celesti, ma con alcune fondamentali differenze.
Il confine tra rilevare e non rilevare i dettagli di Venere è molto sottile; se qualcosa non va fatto a dovere, il pianeta non mostra assolutamente nulla.
Ho passato ben ben 8 anni a studiare la tecnica per portare al limite la nostra strumentazione e questi sono i miei consigli:

Le riprese delle nubi dovrebbero essere eseguite sempre di giorno, con il pianeta alto sull'orizzonte, in prossimità del punto più alto.
La luminosità di Venere è così elevata che il chiarore del cielo non crea alcun disturbo.
Se si aspetta il tramonto del Sole, il pianeta sarà sempre troppo basso sull'orizzonte e la turbolenza atmosferica rovinerà i dettagli, piuttosto elusivi e molto sensibili al seeing. Delle oltre 100 riprese del pianeta, non ho mai ottenuto una risoluzione migliore dopo il tramonto del Sole rispetto a quando ho ripreso di giorno.

Non esponete il tubo del telescopio al Sole mentre riprendete Venere, altrimenti la turbolenza locale rovinerà sempre l'immagine.

La finestra temporale prima che si noti la rotazione delle nubi è attorno ai 15-20 minuti, quindi sfruttatela tutta, acquisendo filmati per tutto questo intervallo!
Il contrasto dei dettagli è così basso che per formare un'ottima immagine finale da elaborare devono essere mediati almeno 10-15000 frame. Maggiore è il numero di ottimi frame utilizzati, migliore sarà il contrasto delle nubi. Se sommate solo poche centinaia di frame, come con gli altri pianeti, non vedrete nulla, soprattutto in infrarosso.
Io di solito acquisisco 4-5 filmati da 7000 frame ciascuno. A causa della turbolenza, raramente sommo più di 3000 frame a filmato. Ogni filmato è elaborato indipendentemente, arrivando a formare l'immagine grezza e la sua versione finale elaborata. Solo alla fine medio le singole immagini elaborate per ottenere la versione finale. Questa tecnica è anche molto utile per evitare gli artefatti, sempre in agguato quando si lavora al limite delle potenzialità del sensore di ripresa. Se le immagini finali di ogni video mostrano gli stessi dettagli, allora sono reali, altrimenti no.
Per mostrare le tenui sfumature delle nubi, soprattutto in infrarosso, è necessario applicare dei filtri di contrasto piuttosto intensi. I dettagli delle nubi saranno appena visibili in mezzo al rumore dell'immagine.

I filtri
Per le riprese in infrarosso, il filtro ideale è un passa infrarosso da 700 nm. Sebbene il contrasto sia leggermente migliore con filtri più selettivi, come quello da 1000 nm, i risultati sono sempre migliori con il filtro da 700 nm, a patto di seguire la tecnica della somma di moltissimi frame. Tutte le prove che ho effettuato hanno portato a questo risultato; d'altra parte è normale, visto che a 1000 nm la risoluzione del telescopio è inferiore di un 30% rispetto a 700 nm.

Per le riprese in ultravioletto, ho trovato migliore l'accoppiata tra un filtro violetto N.47 ed un taglia infrarossi (solo taglia infrarossi, non taglia UV!), piuttosto che del classico filtro ultravioletto, per le stesse ragioni dei filtri infrarossi: se nell'ultravioletto puro si ha maggiore contrasto, nel violetto si ha più luce, quindi più frame da sommare, minor tempo di eposizione per congelare meglio il seeing, ergo un risultato migliore.

Per le riprese della superficie, occorre invece aspettare che Venere raggiunga una fase sottile, inferiore al 20%.
Un filtro infrarosso da 1000 nm è indispensabile, così come una camera CCD per riprese deep-sky (se si vogliono riprendere dettagli).
Il nostro obiettivo è riprendere la parte non illuminata del pianeta, che emette una debole luce, 20000 volte inferiore rispetto alla parte illuminata. Questa radiazione termica proviene direttamente dalla superficie.
E' necessario aspettare che il Sole tramonti, perché la luminosità dell'emisfero non illuminato è veramente bassa e richiede un cielo scuro.
A queste lunghezze d'onda il potere risolutivo del telescopio è dimezzato rispetto al visibile, quindi non serve usare focali lunghe. Dalle prove che ho fatto, un rapporto focale superiore ad f10 si rivela controproducente, sparpagliando i pochi dettagli visibili.
La tecnica da seguire è sostanzialmente la stessa delle riprese planetarie: si effettuano tante esposizioni, tipicamente di 4-10 secondi ciascuna (la parte illuminata saturerà, ma non ci interessa), fino a quando il pianeta non tramonta (o la qualità dell'immagine non peggiora). In questo frangente abbiamo tutto il tempo che vogliamo, visto che la superficie ruota in 243 giorni!
La fase di allineamento, somma ed elaborazione resta naturalmente la stessa.
Se si sommano frame di ottima qualità ed il cielo è scuro, il segnale della parte non illuminata del pianeta è più che sufficiente per mostrare dettagli: le zone con una quota più elevata saranno più fredde, quindi emetteranno meno radiazione termica, al contrario delle pianure e depressioni, che risulteranno più brillanti.
In questo modo cade anche l'ultimo mito: la superficie di Venere si può riprendere!
Ma non solo; confrontando le immagini riprese in giorni diversi, è possibile mostrare anche l'impronta lasciata dalle nubi poste a quote ancora più basse, tipicamente 35 km, che sebbene trasparenti, si possono osservare nelle immagini della radiazione termica.

Impronte delle nubi a bassa quota nell'emisfero non illuminato di Venere

Come forse avrete capito, la strumentazione amatoriale permette di ottenere risultati impensabili fino a pochi anni fa. Per scoprire cosa è possibile fare, basta essere curiosi e provare.
L'unico vero limite è la nostra immaginazione!

Non ci credete ancora?
Allora vi do un altro paio di spunti.
Se riuscite a seguire l'atmosfera del pianeta nel vicino ultravioletto con una fase maggiore del 60% e per 4 giorni consecutivi, potrete costruire un planisfero completo dell'alta atmosfera venusiana, proprio come questo:

Mappa completa delle nubi in UV risalenti alla rotazione del 20-23 Aprile 2007

E poi, aiutandoci con un programma come Winjupos, possiamo "avvolgere" la mappa atmosferica del pianeta su un globo rotante ed ottenere un video decisamente suggestivo:

video

Clicca qui per scaricare la versione a piena risoluzione del video.

Il bello di quese mappe ed animazioni è che ad ogni rotazione sono diverse, perché l'atmosfera si modifica rapidamente, quindi non vi annoierete mai!


Se volete approfondire risultati e soprattutto tecniche, date un'occhiata a questo mio articolo.

Se invece volete vedervi tutte le mie immagini di Venere, andate qui.

Buone riprese!


Aggiornamento 16/01/2012  18:50

All'articolo forse mancava una ripresa recente di Venere. Oggi pomeriggio, complice un'atmosfera che finalmente ha collaborato un po' (ma non tanto), sono riuscito ad effettuare la prima ripresa decente di questa elongazione. Ho usato un filtro passa infrarosso da 700 nm e ripreso in pieno giorno, alle 15. Questo è il risultato:

5 commenti:

  1. Fantastico Daniele, un articolo davvero interessante, grazie!

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  2. Ottimo Tutorial Daniele. Io, purtroppo, non potrò cimentarmi spesso nella rirpesa di Venere, perchè ho Ovest coperto da un palazzo. Quando lo farò, però, cercherò di seguire i tuoi preziosi consigli.

    Andrea.

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  3. Grazie ad entrambi!

    Andrea, devi provare di giorno, quando il pianeta è verso sud. Si vede anche ad occhio nudo con un cielo trasparente e se hai il GOTO è facile da puntare: punta il Sole con un filtro solare, sincronizzi la montatura e poi vai verso Venere.

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  4. Belle immagini Daniele! Potresti, per cortesia, postare un fotogramma grezzo e la somma del filmato ottenuta senza elaborazione?
    Sono curioso di confrontare i tuoi risultati con i miei primissimi esperimenti per vedere se sono sulla strada giusta...

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  5. Articolo utilissimo e foto incredibili!!!
    Grazie

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