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Report OACt 2002 Summary/Highlight

Introduzione al rapporto dell'OACt per l'anno 2002  
 
Il 2002 ha segnato una svolta nella struttura organizzativa e amministrativa dell' Osservatorio Astrofisico di Catania, che con gli altri Osservatori italiani è entrato a far parte dell' Istituto Nazionale di Astrofisica come struttura a tempo indeterminato. A decorre dall' 1 Gennaio 2002 lo scrivente è stato nominato direttore dell' OAC per il triennio 2002-2004. In questo nuovo quadro normativo è stato costituito il Consiglio di Osservatorio chiamando a farne parte, in aggiunta ai membri di diritto, il responsabile della Sezione di Astrofisica del Dipartimento di Fisica ed Astronomia dell' Università di Catania a continuazione della stretta collaborazione tra l' Osservatorio e l' Università di Catania.

Le attività dell'anno 2002 sono state fortemente condizionate dai lavori di ristrutturazione e recupero dell' edificio principale della sede di Catania, effettuati a cura dell' Università di Catania. Le operazioni di spostamento e la sistemazione temporanea in locali insufficienti, legati a tali lavori di ristrutturazione, hanno costretto i ricercatori ed il personale tutto a lavorare in condizioni di estremo disagio, per tutta la seconda parte dell'anno. Tuttavia le attività scientifiche sono proseguite con elevato standard ed il personale tutto ha svolto i propri compiti con serietà e piena coscienza del senso dell' istituzione.

L' Osservatorio di Catania con le stazioni eliofisica e dell' Etna (Serra La Nave) rimane uno dei pochi osservatori in Italia in cui l'attività osservativa locale prosegue ad alti livelli di continuità e di qualità con inserimento in programmi nazionali ed internazionali. All'attività osservativa si affianca una intensa attività di ricerca nel campo della fisica stellare e solare di riconosciuta valenza nazionale ed internazionale. Presso l'Osservatorio operano inoltre il laboratorio di astrofisica sperimentale, il laboratorio dei rivelatori per l' astrofisica e il laboratorio di calcolo ad alte prestazioni. L' attività di ricerca svolta nel 2002 si puó suddividere a grandi linee in:

Fisica solare. Le ricerche di fisica solare si sviluppano su linee di tipo osservativo, che utilizzano facilities internazionali da terra e dallo spazio, e di tipo teorico. Esse comprendono studi di fisica della corona solare, modelli idrodinamici e di riscaldamento del complesso cromosfera-TR-corona, modelli dinamo con circolazione meridiana, eliosismologia e struttura interna. Un aspetto rilevante delle osservazioni sistematiche del Sole è dato dall'inserimento nel Global H$\alpha $ Network organizzato dal Big Bear Solar Observatory e nel programma di ricerca sullo Space Weather attraverso campagne di Flare Warning.

Fisica stellare. Gli studi di fisica stellare presso l' Osservatorio Astrofisico di Catania costituiscono il programma di ricerca più corposo ed articolato, con una parte prevalente dedicata all' attività magnetica stellare in stelle singole e doppie, dalla fotosfera alla corona con osservazioni e modelli; oscillazioni stellari e problematiche di struttura stellare con attività teorica ed osservativa; composizione chimica e stelle chimicamente peculiari; problemi osservativi di formazione ed evoluzione stellare; processi nucleari di interesse astrofisico.

Ammassi di galassie, cosmologia. Si tratta di un gruppo di piccole dimensioni che si occupa di modellizzazione del plasma intergalattico e dei processi di riscaldamento di Ammassi di Galassie mediante codici paralleli a N-corpi e codici euleriani a griglia adattiva, modelli di generazione e propagazione di raggi cosmici di energie estreme in strutture a Grande Scala dell' Universo.

Laboratorio di Astrofisica Sperimentale. Le ricerche si riferiscono alle interazioni tra radiazione e materia in ambienti di interesse astrofisico, con sperimentazione delle modificazioni chimico-fisiche di bersagli solidi (silicati, materiali carboniosi, gas congelati) bombardati con fasci ionici energetici (3-200 keV) o con fotoni ultravioletti (Lyman-alpha 121.6 nm, ovvero 10.2 eV). Nel 2002 è stato effettuato l' upgrading a 200 keV dell' impiantatore di ioni, che aprirà nuove ed importanti prospettive sperimentali a valori di energie ancora inesplorati.

Laboratorio rivelatori per l' Astronomia. L' attività dal gruppo di ricerca sui rivelatori si articola in due aspetti principali: sviluppo di elettronica e software di controllo di rivelatori CCD, sviluppo e caratterizzazione di rivelatori di nuova generazione. In questo ultimo contesto sono da evidenziare lo sviluppo di rivelatore a conteggio di fotoni basato su "Intensified CMOS-APS" (IAPS), sviluppo di un sensore a matrice di "Single photon avalanche diodes' (SPAD) in collaborazione con ST Microelectronics, di Catania, caratterizzazione di un rivelatore a diamante sintetico in collaborazione con il Dipartimento di Astronomia e Scienza dello Spazio dell'Università di Firenze ed altri istituti italiani. Il gruppo è fortemente impegnato nell'upgrade dei sistemi di acquisizione di immagini del TNG, e dei telescopi dell' OAC.

Calcolo ad alte prestazioni e visualizzazione scientifica (HPC). Il sistema di calcolo parallelo, realizzato tramite il progetto "Alta formazione nel campo del calcolo ad alte prestazioni e problematiche astrofisiche attuali" del MURST su finanziamenti dell' Unione Europea, ha ricevuto nel 2002 un ulteriore finanziamento per l' upgrading delle macchina di calcolo. Oltre allo sviluppo di codici paralleli nel campo della simulazione dell' evoluzione delle galassie il programma prevede lo sviluppo di pacchetti di visualizzazione ed analisi specificamente orientati a dati di simulazioni e di archivio (AstroMD), calcolo e simulazioni su griglia computazionale (GRID) con gestione remota di simulazioni (AstroComp), orientati verso il Virtual Observatory

L' attività dell' Osservatorio nel campo dell' alta formazione anche nel 2002 ha trovato un notevole impegno, anche finanziario con il pagamento di una borsa di studio per il XIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in convenzione con l' Università di Catania e la partecipazione come Socio Ordinario al Consorzio dell' Istituto Superiore di Catania per la Formazione di Eccellenza, con la collaborazione con il Dipartimento di Fisica ed Astronomia nella didattica universitaria (parte di corsi, supporto ai corsi di laboratorio, esperienze di osservazioni astronomiche) e di dottorato. Astronomi dell' Osservatorio sono relatori di tesi di Laurea e tutor di tesi di Dottorato. Anche nel 2002 è stato effettuato presso la sede M. G. Fracastoro uno stage di una settimana per gli studenti di fisica ed ingegneria della Scuola di Eccellenza di Catania.

Questo documento descrive le attività di ricerca e lo sviluppo dell' Osservatorio Astrofisico di Catania svolte nel 2002. Considerata la stretta collaborazione con la Sezione Astrofisica del Dipartimento di Fisica ed Astronomia in questo documento vengono descritte anche le attività di tale gruppo in una presentazione unitaria come risultato delle sinergie proficue della integrazione delle due istituzioni nella stessa struttura.  
 
 
 
OACt 2002 report summary/highlight  
 
The year 2002 has been characterized by profound changes in the administrative and organization structure of the Catania Astrophysical Observatory, which from January 1st 2003, together with the other italian Observatories joined the National Institute for Astrophysics (INAF). Starting from the same date the writer was appointed as Director for the triennium 2002-2004. In the framework of this new assessment the Observatory Board (Consiglio di Osservatorio) was settled with the Chairman of the Astrophysics Section of the Department of Physics and Astronomy of the Catania University appointed as additional member, in order to maintain the close collaboration and synergy between the two institutions.

All activities in 2002 have been strongly hampered by renewal construction of the main building of the Città Universitaria center. The work has been funded and handled by the Catania University. The empting operation of the building and temporary settling on inadequate crowded offices have compelled researchers and all personnel to work in a very comfortless condition, during the second part of the year. However, research activities have been continued at high scientific level and all the personnel has performed at high efficiency level and awareness of duty.

The Catania Observatory with the eliophysics station and the mountain station on Etna (Serra La Nave) remains one of the few italian astronomical institutions where observational activities are pursued with continuity and high quality level, within national and international collaborations. The observational activities are complemented by theoretical and data analysis researches in the fields on solar and stellar physics well recognized in the national and international context. The Catania Observatory includes also well equipped laboratories e.g. the Laboratory for Experimental Astrophysics, the Laboratory of Detectors for Astronomy and the High Performance Computing Laboratory. Research activities pursued in 2002 can be grouped within the following main fields:

Solar Physics. Research on solar physics includes observations based activities, which use international ground-based and space facilities, and theoretical researches. All these researches relate to physical studies of the solar corona, hydrodynamic models, heating mechanisms of the chromosphere-Transition Region complex, dynamo models which include meridian circulation, elioseismology and internal structure of the Sun. A relevant aspect of the systematic solar monitoring is the participation into the Global H$\alpha $ Network coordinated by the Big Bear Solar Observatory and into the Space Weather program through Flare Warning campaigns.

Stellar Physics. Studies on stellar physics constitute the main body of research at Catania Astrophysical Observatory . The more relevant part relates to the magnetic activity studies on single and binary stars, from the photosphere to the corona from observational and theoretical point of view. Stellar oscillations and internal structure of stars, chemical composition, chemically peculiar stars, as well as observational aspects of formation and evolution of stars with related problems of nuclear processes of astrophysical interest are also investigated.

Clusters of galaxies and cosmology. This relatively small group recently formed is working in modelling the intergalactic plasma and on the heating processes of clusters of galaxies by means of N-body parallel, numerical codes and eulerian codes with adaptive grids, as well as on models for the generation and propagation of extremely energetic cosmic rays in large structures of the universe.

Laboratory for Experimental Astrophysics. Researches in this lab refer to the experiments on the interaction of radiation with iced material in environment of astrophysical interest. Chemical and physical modifications induced on solid targets (silicate, carbon materials, and iced gas) by bombardment with energetic ion beams (3-200 keV) or UV photons (Lyman-$\alpha $ 121,6 nm = 10,2 eV). During the year 2002 the ion implanter was upgraded to 200 keV, thus opening a new window of experiments at energy levels not yet well explored.

Laboratory of detectors for Astronomy. The activity of the research group is devoted to two main activities: development of control electronics and software for CCD detectors, implementation and characterization of new technology detectors. Within the latter activity it is worth to mention the preparation of photon counting imaging system based on Intensified CMOS-APS (IAPS) , implementation of "Single Photon Avalange Diodes" (SPAD) matrix in collaboration with the Catania R&D section of the ST Microelectronics, and characterization of a detector based on synthetic diamond in collaboration with the Department of Astronomy and Science of Space of Florence University. Furthermore the group is deeply engaged in the improvement and upgrading of the image acquisition systems of the Galileo National Telescope (TNG) and of the Catania telescopes.

High Performance Computation (HPC) and scientific visualization. The parallel computing system, implemented within the special project " Alta formazione nel campo del calcolo ad alte prestazioni e problematiche astrofisiche attuali" of the MURST on the base of EU funds, has received further support in 2002 for the upgrading of computing machines. In addition to parallel numerical codes in the field of galaxies simulation models, the program is devoted to the development of visualization packages specially oriented to archive and simulation data (AstroMD), computation and simulation on computational grid (GRID) with remote management (AstroComp) orinted to the Virtual Observatory

Also in 2002 the Observatory has payed special attention to the field of high formation with financial support within a special agreement with the Catania University for a PhD in Physics fellowship for the XVIII cycle and the partnerhips in the Consorzio dell' Istituto Superiore di Catania per la Formazione di Eccellenza. Collaboration with the Department of Physics and Astronomy of the Catania University for the academic activities, i.e delivery of university and PhD courses, use of observatory labs and telescopes for the experimental and practical exercises. Astronomers of the observatory are currently tutors for the Degree or PhD thesis work. One week stage at the M.G. Fracastoro mountain station was given for Physics and Engineer students of the Catania Excellence School.

The present document is aimed to the description of research activity and development of Catania Astrophysical Observatory achieved in 2002. Taking into account the tight collaboration with the Astrophysics Section of the Department of Physics and Astronomy of the Catania University, the activities of both institutions are presented in this document to stress the positive effects of the unitary scientific policy.


Prof. Santo Catalano
(Director)

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Giuseppe Leto 2003-06-27