Spazio e Scienze

Ecco i nuovi grandi telescopi che Galileo avrebbe sognato

Abbiamo parlato di recente di come l'Astronomia stia entrando in una nuova era, in cui la mole di dati a disposizione degli scienziati sta cambiando radicalmente l'approccio che questi hanno con la ricerca. Ciò è tanto più vero se si pensa alla nuova generazione di strumenti, terrestri e spaziali, che da qui ai prossimi 5-10 anni forniranno una quantità di informazioni mai vista prima, per cui la vera sfida consisterà nel trovare metodi di analisi adeguati.

ImSim 2011 half

Eccovi dunque un breve resoconto su alcuni di questi nuovi strumenti, in cui cercheremo di capire perchè si tratta di veri e propri "mostri", che spingeranno lo sguardo dell'uomo un po' più in là nell'Universo, "fino ad arrivare là dove nessun è mai giunto prima".

Strumenti terrestri

Quando parliamo di strumenti terrestri, ci riferiamo a tutto ciò che opera da terra, quindi al di sotto dell'atmosfera terrestre. Si tratta di strumenti che non osservano necessariamente solo nella banda ottica, ma spaziano su tutto lo spettro elettromagnetico. Fino a 15-20 anni fa si credeva che i telescopi terrestri avessero raggiunto il loro limite in quanto a potenzialità, e che il futuro fosse rappresentato unicamente da strumenti spaziali.

side view of tmt complex

Questo era dovuto sia a limiti costruttivi che a fattori fisici, quale ad esempio l'effetto di disturbo causato dalla presenza dell'atmosfera terrestre. Tuttavia, lo sviluppo nelle tecniche costruttive e la realizzazione di nuove tecnologie come l'interferometria o i sistemi di ottiche adattive – di cui parleremo più in dettaglio in seguito – ha consentito di aggirare tali limiti, riportando in auge gli strumenti terrestri e aprendo le porte a nuove generazioni di telescopi, con prestazioni paragonabili (se non superiori) ai loro corrispettivi spaziali.

Large Synoptic Survey Telescope (LSST)

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Questo telescopio, attualmente in costruzione sul Cerro Pachòn, in Cile, vedrà la prima luce nel 2019, e per allora occorrerà sviluppare opportunamente le tecnologie di gestione ed analisi dati. Questo perchè LSST sarà dotato di una caratteristica attualmente unica: grazie ai suoi tre specchi, rispettivamente da 8.4, 3.4 e 5 m di diametro, consentirà di ottenere un ampissimo campo di vista da 3,5 gradi di diametro. Combinato alla sua camera da 3200 megapixel, ogni immagine avrà dimensioni pari a 40 volte quelle della Luna piena e in un paio di notti sarà in grado di mappare l'intera volta celeste australe, producendo qualcosa come 30 terabyte di dati per ogni notte di osservazione.

In dieci anni di osservazione collezionerà circa 60 petabyte di dati e poco meno di 40 miliardi di oggetti osservati. Gli obiettivi scientifici vanno dalla misura di eventi di micro-lensing per svelare tracce della presenza di Materia ed Energia Oscura, ad una precisissima mappatura della Via Lattea fino allo svelare rapidi eventi cosiddetti "transienti", cioè quei fenomeni astronomici che implicano una rapida variabilità temporale, e che spesso nascondono alcuni tra gli oggetti più interessanti ed esotici nell'Universo. Il costo di questo mostro? Intorno ai 400 milioni di dollari. Maggiori informazioni sul sito ufficiale (in inglese).

Vista dettagliata della Nebulosa Gambero ottenuta dal VST dell'ESO
Vista dettagliata della Nebulosa Gambero ottenuta dal VST dell'ESO. Crediti: ESO. Acknowledgement Martin Pugh

Una piccola curiosità sta nel fatto che il suo "predecessore spirituale" è l'italianissimo VLT Survey Telescope (VST), un telescopio a grande campo da 2.6 m di diametro operativo sul Cerro Paranal dal 2011.

Square Kilometer Array (SKA)

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Anche se il nome sembra suggerire quello di uno strumento con un'estensione di un chilometro quadrato, in realtà questa era soltanto l'idea originaria. Attualmente ancora nella fase progettuale, SKA risulterà infine ben più grande, e la sua costruzione dovrebbe partire nel 2018. Questo enorme radiotelescopio sorgerà nei deserti di Sud Africa ed Australia (più altre piccole stazioni poste in diversi stati subsahariani e dell'emisfero australe), e combinerà migliaia di piccole antenne, sparse su di una distanza totale di oltre 3000 km, attraverso la tecnica dell'interferometria.

Insieme simuleranno un gigantesco, singolo radiotelescopio in grado di ottenere risoluzioni mai viste prima in Astronomia. Estendendosi su uno spettro di frequenze che va dai 50 MHz ai 30 GHz, permetterà di indagare al meglio la struttura dell'Universo sulla base della Relatività Generale di Einstein, di cercare prove riguardo l'esistenza di Materia ed Energia Oscura, di studiare l'Universo primordiale e cercare segni di vita extra-terrestre.

Ancor più di LSST, SKA sarà il vero mostro in termini di dati prodotti, la sfida tecnologica con cui l'Informatica e l'Astrofisica saranno chiamate a confrontarsi. Le cifre di cui parliamo sono spaventose: 160 terabyte di dati grezzi prodotti al secondo! L'equivalente di circa 35000 DVD! In totale si arriva a circa 1 exabyte al giorno. I collegamenti a lungo raggio richiederanno una capacità superiore a quella di tutto il traffico Internet globale del 2015.

Per far fronte a queste sfide, il team di SKA sta collaborando strettamente con IBM, Intel, Nvidia, Amazon, e altri ancora, perché qui si gioca una partita tecnologica che potrebbe avere profondissime implicazioni non solo dal punto di vista scientifico, bensì in un futuro più o meno prossimo anche sulla nostra vita di tutti i giorni. È infatti evidente che lo sviluppo infrastrutturale necessario alla gestione di tale strumento porterà enormi benefici anche dal punto di vista della tecnologia, elettronica ed informatica "di consumo". Qualcosa di paragonabile alla nascita del World Wide Web per mano dei ricercatori del CERN, per intenderci: una storia che sappiamo tutti come è finita.

La costruzione di SKA sarà divisa in due fasi, per consentire il necessario avanzamento tecnologico e permettere la gestione del telescopio al massimo delle sue capacità, cosa che al momento non è praticamente possibile. Per quanto concerne il costo, soltanto per la fase 1, che vedrà il telescopio operare al 10% delle sue potenzialità, siamo sui 650 milioni di euro, con la prima luce prevista nel 2020. Maggiori informazioni sul sito ufficiale (in inglese).

European Extremely Large Telescope (E-ELT)

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E-ELT a confronto con il Colosseo

In origine era l'Overwhelmingly Large Telescope (OWL – Telescopio Incredibilmente grande), il progetto dell'ESO di costruzione di un telescopio da 100 metri di diametro. Ma i costi stimati ed i problemi tecnici erano tali da non consentirne in pratica la realizzazione. Per cui si decise di focalizzare le risorse su questo progetto, "meno ambizioso", ma che tuttavia rappresenta semplicemente il più grande occhio sul cielo mai realizzato dall'uomo.

Questo telescopio ottico/vicino-infrarosso avrà uno specchio da 39 metri di diametro, e la sua cupola le dimensioni di uno stadio. Posto sul Cerro Armazones, in Cile, sarà in grado di raccogliere 26 volte più luce di ognuno dei singoli telescopi da 8 metri del VLT. Le dimensioni dello specchio primario, tecnologicamente irrealizzabile in un unico pezzo monolitico, rendono necessaria la realizzazione di un sistema di 798 specchi esagonali combinati insieme.

Inoltre, lo strumento sarà dotato di un sistema di ottica adattiva, per cui lo specchio sarà capace di deformarsi automaticamente in base alla turbolenza atmosferica, al fine di ottenere la migliore qualità possibile delle immagini. La deformazione dello specchio è controllata da una serie di pistoni, detti attuatori, che attraverso un'opportuna pressione sono in grado di deformare i singoli tasselli con precisione estrema.

Questo tipo di tecnologia è divenuta negli ultimi anni relativamente comune, nell'ambito dei grandi telescopi terrestri, permettendo di raggiungere prestazioni da terra paragonabili a quelle dei telescopi spaziali, che ricordiamo non sono soggetti all'azione disturbatrice dell'atmosfera. Ma la sfida tecnologica sta principalmente nelle dimensioni ciclopiche di questo strumento. 

ELT sarà costituito da cinque specchi, il già citato primario da 39 m, un secondario e un terziario rispettivamente da 4 e 3.75 m in asse col primario, più un quarto e quinto specchio che serviranno per i sistemi di ottiche adattive. Grazie a questa struttura, ELT potrà spingersi estremamente in là nell'Universo, consentendo di cercare pianeti di tipo terrestre in zona abitabile, studiare le prime stelle e galassie e investigare la natura dell'energia e della materia oscura. La prima luce è prevista per il 2024 ed il costo intorno al miliardo di Euro. Maggiori informazioni sul sito ufficiale.

Thirty Meter Telescope (TMT)

top view of tmt complex

Questo telescopio è in un certo senso il competitor statunitense di ELT, leggermente più piccolo, con i suoi 30 m di diametro dello specchio primario, ma al contrario del suo "fratello maggiore" è progettato per osservare in uno spettro più ampio, che va dal vicino ultravioletto all'infrarosso.

Anch'esso dotato di sistemi di ottiche adattive, di uno specchio segmentato e di una struttura basata sulla presenza di un primario, un secondario e un terziario, tuttavia la costruzione di TMT è al momento sospesa. Infatti il telescopio doveva originariamente essere posto sul Mauna Kea, alle Hawaii. Questa montagna però è considerata luogo sacro nella cultura hawaiiana e ciò ha generato numerose proteste da parte dei locali, portando alla momentanea sospensione del progetto. Attualmente non è chiaro se, quando e soprattutto dove TMT vedrà la luce.

Il fatto che il progetto sia ancora attivo comunque, è sintomo della forte volontà da parte delle varie agenzie sparse per il globo, anche guidate da una "sana competizione", di realizzare una nuova generazione di grandi telescopi, che possano così aprire un occhio nuovo sul Cosmo. Maggiori informazioni sul sito ufficiale (in inglese).

Antonio D'Isanto è dottorando in astronomia presso l'Heidelberg Institute for Theoretical Studies in Germania. La sua attività di ricerca si basa sulla cosiddetta astroinformatica, ovvero l'applicazione di tecnologie e metodologie informatiche per la risoluzione di problemi complessi nel campo della ricerca astrofisica. Si occupa inoltre di reti neurali, deep learning e tecnologie di intelligenza artificiale ed ha un forte interesse per la divulgazione scientifica. Da sempre appassionato di sport, è cintura nera 2°dan di Taekwondo, oltre che di lettura, cinema e tecnologia. Collabora con Tom's Hardware per la produzione di contenuti scientifici.