Le lezioni effettuate durante il corso rappresentano il supporto di base che sara’ oggetto di verifica. Parallelamente forniamo una lista di testi di riferimento consigliati per integrare la formazione e permettere approfondimenti personali se lo studente fosse interessato. Una buona parte di questi testi sono accessibili presso la Biblioteca dell’Osservatorio Astrofisico di Arcetri:
- Tatarski 1961, Institute of Atmospheric Physics Academy of Sciences of the USSR
Wave propagation in a turbulent medium
Dover Publications INC. New York
- V. I. Tatarski 1971,
The effects of turbulence atmosphere on wave propagation
Israel Program for Scientific Translation (from ESO Library)
- H. Tennekes and J.L. Lumley
A first course in Turbulence
The MIT Press
- Francois Roddier, Progress in Optics, Vol. XIX, 1981
The effects of atmospheric turbulence in optical astronomy
Ed. Wolf
- John Hardy
Adaptive Optics for Astronomical Telescopes
Oxford Series in Optical and Imaging Science
Oxford University Press, 1998
- Pierre Lena,
Astrophysique – Methodes physiques de l’observation,
CNRS Editions, 1996
- John Wyngaard
Turbulence in the Atmosphere
Cambridge University Press, 2010
- Stull
An Introduction to Boundary Layer Meteorology
Kluwer Academic Publishers, 1988
- J.R. Holton
An Introduction to the Dynamic Meteorology
Elsevier, Academic Press, Edition 2004
- J. M. Wallace, P. V. Hobbs
Atmospheric Sciences – An Introductory Survey
Elsevier Science, 1977
- Daniel Wilks,
Statistical methods in the atmospheric science
International Geophysics Series, Vol. 100, 2011
- Python
Fabrizio Romano 2017
https://www.packtpub.com/product/learning-python-video/9781788995115
- Numerical Python: Scientific Computing and Data Science Applications with Numpy, Scipy and Matplotlib Robert Johansson, 2018
- Data science with Python – Guida completa, dai big data al machine learning
Giuseppe Maggi 2020
Obiettivi Formativi
Il corso di prefigge di fornire il background approfondito teorico e gli strumenti necessari per comprendere la natura della turbolenza in atmosfera e i suoi effetti sulla propagazione di campi elettromagnetici (tipicamente fronti d’onda nel visibile e infrarosso) che ci permettono di osservare oggetti astrofisici dal suolo. Il corso si focalizzera’ sulle caratteristiche della turbolenza, i metodi per misurarla, modellarla e prevederla. Il taglio del corso sara’ principalmente pensato per un’applicazione all’astrofisica ma il background e’ ugualmente fondamentale per la comunicazione satellitare (terra-satellite) nel visibile, campo strategico per la comunicazione Terra-Spazio di nuova generazione e campo in espansione negli ultimi anni.
Prerequisiti
Fisica e astrofisica di base, come da requisiti del curriculum di astrofisica del corso di laurea magistrale. Per coloro che vogliano indirizzarsi verso la ricerca applicata nel campo dell’alta risoluzione angolare, consigliamo di seguire, accanto al corso di turbolenza ottica per l’astrofisica, anche il corso di Ottica adattiva per l’astrofisica
Metodi Didattici
Insegnamento frontale. Una parte importante del corso sara’ dedicate a lezioni in aula supportate da slides che faranno riferimento a teoria consolidate accompagnate da discussioni di risultati recenti ottenuti in ricerca. Durante il corso saranno svolte esercitazioni al fine di fornire agli studenti gli strumenti utili per muoversi all’interno di questo campo di ricerca. Nello specifico mostreremo: (1) come utilizzare modelli idrodinamici in applicazione alla turbolenza ottica, (2) forniremo elementi di programmazione in Python per il data analysis, (3) tecniche di machine learning.
Altre Informazioni
Lo studio della turbolenza gioca un ruolo fondamentale per le osservazioni astronomiche dal suolo soprattutto quelle supportate da ottica adattiva (AO) e/o interferometria in quanto la turbolenza rappresenta il principale limite alle risoluzioni potenzialmente raggiungibili dai moderni telescopi al suolo. La ricerca nel campo della turbolenza ottica e’ pertanto strettamente legata a quella delle tecniche di alta risoluzione angolare come ottica adattiva e interferometria dal suolo. L’Osservatorio Astrofisico di Arcetri (OAA) ha una robusta tradizione nelle tecniche di alta risoluzione angolare, tra queste l’ottica adattiva a la turbolenza ottica concretizzata in numerosi progetti di portata internazionale. L’obiettivo e’ di contribuire a formare una nuova classe di giovani ricercatori che potranno inserirsi nelle ricerche attualmente in corso e offrire prospettive di ricerca in discipline nelle quale OAA ha un know-how consolidato.
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale. Durata di circa 45’. Obiettivo dell’esame e’ verificare la comprensione dei concetti presentanti durante il corso, chiarezza espositiva e capacita’ logico deduttiva.
Allo studente sara’ richiesto di trattare inizialmente un argomento a sua scelta che sara’ poi integrato con domande relative al resto del programma. In totale si toccheranno 2-3 argomenti. Alla fine del corso e prima degli esami saranno presentate allo studente una serie di domande tipo in modo da facilitare e guidare lo studente alla preparazione dell’esame. Il voto d’esame terra’ conto per un 10% l’aver seguito le esercitazioni in classe.
Programma del corso
Il corso trattera’ i seguenti moduli:
1. Fenomenologia e statistica della turbolenza ottica
2. Propagazione dei fronti d’onda attarverso la turbolenza ottica
3. Metodi di misura della turbolenza ottica
4. Modelling e previsione della turbolenza ottica
5. Modelli idrodinamici a mesoscale per turbulenza ottica - con esercitazioni. Elementi di base di Python per effettuare data analisi
6. Techniche statistiche: autoregressione, machine learning e deep learning applicate alla previsione della turbolenza ottica e in generale alle serie temporali