I GRANDI TELESCOPI

Che sta succedendo nel mondo dell'astronomia? Per decine d'anni il telescopio più potente al mondo è stato quello di Monte Palomar negli Stati Uniti, completato nel 1947. Negli ultimi tempi invece i maggiori progressi nella ricerca sono stati compiuti grazie alle osservazioni degli strumenti mandati nello spazio, come il celebre Telescopio Spaziale Hubble. Oggi però è tornato di moda progettare e realizzare telescopi terrestri, nei quali si investe una gran quantità di risorse. Perché ? Cosa è cambiato negli ultimi anni ?

Osservare l'universo inviando gli strumenti al di fuori dell'atmosfera terrestre è stato di straordinaria importanza per gli astronomi. Essa infatti agisce come un filtro che fa passare solamente alcuni tipi di radiazione e ne ferma altri, la maggior parte. Solamente la luce visibile, il vicino infrarosso e le onde radio possono arrivare fino alla superficie terrestre, le altre lunghezze d'onda vengono bloccate. Per fortuna, visto che sarebbero pericolose per ogni forma di vita.

Ma anche la luce visibile agli occhi umani non passa incolume lo strato di gas che circonda il nostro pianeta. Basta alzare gli occhi al cielo in una notte stellata ed osservare il caratteristico tremolio dovuto alla turbolenza atmosferica con la quale la luce delle stelle arriva a noi. Questo pone dei limiti al potere risolutivo di un telescopio, cioè alla sua capacità di distinguere due oggetti vicini. Se sono troppo vicini, appaiono confusi e sovrapposti a causa del disturbo indotto dall'atmosfera. Proprio per questo nel 1990 è stato mandato in orbita Hubble Space Telescope, che si muove attorno alla Terra ad oltre 600 chilometri d'altezza e che ci ha mandato immagini con una risoluzione mai vista prima.

LE NUOVE TECNICHE

Mandare grandi specchi nello spazio, però, non è né facile né economico. Sono state dunque sviluppate delle tecniche che rendono i grandi telescopi terrestri più che competitivi rispetto a quelli spaziali, sia in termini di resa che di costi. Il primo problema da affrontare è la deformazione che gli specchi dei telescopi, sempre più grandi, subivano a causa del proprio peso, rendendo le immagini meno precise. Si è ovviato con l'ottica attiva: specchi più sottili sostenuti da stantuffi mobili detti attuatori che, muovendosi rapidamente, mantengono la forma dello specchio sempre ottimale. Come eliminare invece il disturbo dovuto alla turbolenza atmosferica? L'idea è semplice, almeno in teoria. Supponiamo di avere, appena sopra l'atmosfera ed esattamente nella stessa direzione dell'oggetto celeste che vogliamo osservare, una sorgente di luce che conosciamo bene. Allora si può capire come la luce di questa "stella artificiale" cambi lungo il suo percorso attraverso l'aria che ci sovrasta, infatti sappiamo com'era in partenza e vediamo con il nostro strumento com'è arrivata. Ebbene, la luce dell'oggetto che stiamo osservando avrà subito lo stesso trattamento visto che ha percorso lo stesso tratto di atmosfera nello stesso tempo! È questa l'idea alla base della tecnica chiamata ottica adattiva. La "stella artificiale" viene accesa stimolando con un raggio laser diretto verso l'alto uno strato di sodio atmosferico che si trova tra i 90 e i 100 chilometri di altezza. Si misura quindi la distorsione del raggio luminoso causata dall'attraversamento dell'atmosfera. Questa viene poi corretta intervenendo sul fascio di luce che arriva dalla sorgente osservata dentro il telescopio, grazie a uno specchietto metallico che viene deformato elettronicamente centinaia di volte al secondo. In questo modo si introduce una correzione dell'immagine esattamente contraria a quella dovuta alla turbolenza atmosferica.

I NUOVI GIGANTI

Aggirato così, grazie all'ottica adattiva, il limite alla visione causato dall'atmosfera, come migliorare ancora le prestazioni di un telescopio? La capacità di distinguere tra oggetti sempre più piccoli dipende dal diametro dello specchio di un telescopio, non dalla sua area. Se uno specchio avesse dei buchi diminuirebbe la sua capacità di raccolta di luce non la sua risoluzione. Perché allora non far lavorare insieme specchi posti ad una certa distanza come fossero un unico telescopio? Questa è l'idea di base dell'interferometria, una tecnica già ampiamente usata nella banda radio e che ora si sta esportando nell'astronomia ottica.

Scopriamoli allora questi nuovi protagonisti dell'osservazione astronomica, i giganti che ci permettono di vedere sempre più lontano. Innanzitutto i due telescopi americani gemelli KECK, situati a 4mila metri di altezza sul Mauna Kea alle Hawaii. Completati nel 1996 sono distanti 85 metri l'uno dall'altro. Poi i quattro telescopi europei del Very Large Telescope (VLT), con specchi da 8,2 metri che dallo scorso giugno possono essere usati tutti insieme, per fare interferometria. Per poterli costruire, a 2600 metri di altezza sul Cerro Paranal, in Cile, si è dovuta spianare la cima di una montagna.

È prevista per il 2004 la "prima luce" del Large Binocular Telescope (LBT). Un enorme binocolo appunto: due specchi di 8,4 metri di diametro su una montatura unica. Situato sul Monte Graham, in Arizona, è il risultato della collaborazione tra alcune università americane, un consorzio di enti di ricerca tedeschi e la comunità astronomica italiana. Il tempo d'osservazione destinato ai vari partners sarà proporzionale al contributo di ciascuno. Noi italiani siamo stati impegnati soprattutto nel progetto e nella costruzione della struttura meccanica.

QUALE FUTURO?

Ma il futuro parla di specchi sempre più grandi. E la strada per evitare enormi costi si chiama segmentazione. Tanti piccoli specchi esagonali per formare un unico grande specchio. L'idea, che è utilizzata anche nei telescopi gemelli Keck, era stata profeticamente sviluppata all'osservatorio astronomico di Bologna già negli anni '30. La produzione in serie abbatte i costi ed è assai intrigante per l'industria, che può così contribuire a finanziare la ricerca. Ecco allora che si può pensare a specchi da oltre 30 metri come l'americano CELT (California Extremely Large Telescope), o addirittura ai 100 metri dell'europeo OWL (OverWhelmingly Large Telescope).

Anche per la radioastronomia ci sono novità in vista. Americani, europei e giapponesi si sono accordati per la costruzione di un radiotelescopio molto più potente di quelli oggi esistenti. ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) sarà costituito da 64 antenne mobili di 12 metri di diametro, distribuite su un'area che si estende per 14 chilometri vicino al deserto di Atacama, nel Nord del Cile. Il sito, su un altopiano a 5000 metri d'altezza, è stato prescelto per il clima eccezionalmente secco, condizione indispensabile per la ricerca astronomica.

Grandi progetti richiedono grandi investimenti. Ma uno strumento astronomico "di punta" non invecchia velocemente e rende i suoi servizi alla comunità scientifica anche per parecchi decenni. Determinare la distanze di galassie remote per conoscere meglio la velocità di espansione dell'universo, ricostruire la storia della formazione stellare, scoprire nuovi pianeti con caratteristiche terrestri. Queste sono le sfide dell'astronomia del futuro.