Far funzionare uno dei piu’ grandi telescopi al mondo Understand article

Tradotto da Silvia Fabello. Vi siete mai chiesti che cosa - e chi - si nasconda dietro le bellissime e affascinanti fotografie e osservazioni astronomiche fatte con i moderni telescopi? Douglas Pierce-Price di ESO, l’Organizzazione Europea per la Ricerca Astronomica nell’Emisfero Sud,…

La nebulosa del granchio e’ il
resto di una esplosione di
supernova

In passato, la vita di un astronomo sarebbe stata scandita da notti tranquille trascorse a scrutare il cielo attraverso la lente di un telescopio. All’inizio del ventunesimo secolo, tuttavia, l’astronomia e’ un lavoro eccitante ed internazionale. La ricerca astronomica moderna abbraccia le distanze e la masse piu’ grandi che sia possibile trovare nell’universo, cosi’ come le condizioni piu’ estreme.

Comunque, non tutte le persone coinvolte in questo tipo di ricerca sono necessariamente astronomi. I telescopi usati per la ricerca rappresentano lo stato dell’arte. I loro avanzati rilevatori sono raffreddati criogenicamente a temperature prossime allo sero assoluto, i telescopi sono costruiti con le piu’ recenti tecniche ottiche, e l’intera struttura e’ una complessa prodezza ingegneristica. Per gestire il flusso di dati sono necessari computer sofisticati. Per sostenere questa tecnologia, un osservatorio moderno impiega anche ingengneri, tecnici, specialisti informatici, oltre ad un numeroso staff di supporto.

Diamo ora un’occhiata ad un giorno nella vita del Very Large Telescope (VLT), gestito in Cile da ESO. Vedrete come persone con diverse competenze lavorino insieme per far funzionare il telescopio. Le osservazioni con i telescopi per la ricerca scientifica sono cosi’ richieste che ogni notte e’ preziosa, e ogni giorno e’ denso di attivita’.

Un’immagine della piattaforma del telescopio al tramonto, osservata dalla Residencia

Il VLT si trova in Cile sul Cerro Paranal, una montagna alta 2635 metri nel deserto di Atacama, ritenuto il luogo piu’ secco sulla Terra. Ci sono aree in questa regione dove non si e’ mai registrata la pioggia. L’elevata altitudine e l’estrema aridita’ sono eccellenti condizioni per le osservazioni astronomiche.

Iniziamo la nostra giornata al VLT nel pomeriggio, prima che il sole inizi a tramontare. Nella Residencia di Paranal, il gruppo che usera’ il telescopio stanotte si prepara per lavorare.

La Residencia

La Residencia e’ un edificio futuristico dove vive e lavora lo staff dell’osservatorio, costruito in parte sottoterra e con una cupola di vetro di 35 metri sul tetto. Essa fa parte delle strutture del “campo base” del VLT, costruito a poca distanza sotto la cima di Cerro paranal.

Le eccellenti condizioni astronomiche a Paranal hanno un prezzo. All’esterno non puo’ crescere praticamente nulla, in un ambiente desertico proibitivo come questo. L’umidita’ puo’ raggiungere livelli del 10%, dal sole arrivano intensi raggi ultravioletti, e le persone hanno difficoltà a respirare per l’altitudine. La citta’ piu’ vicina e’ a due ore di distanza, per questo nel campo base c’e’ una piccola clinica paramedica. Vivendo in questo posto estremamente isolato si ha la sensazione di essere su un altro pianeta.

La piscina nella Residencia

Dentro la Residencia si trovano un piccolo giardino e una piscina, con lo scopo di aumentarne l’umidita’ dell’aria. L’edificio regala ai visitatori e allo staff un po’ di sollievo dalle difficili condizioni esterne: ci sono circa 100 stanze per gli astronomi e il resto degli impiegati, cosi come uffici, una biblioteca, un cinema, una palestra e una caffetteria. L’edificio ha quattro piani, ma poiche’ e’ parzialmente interrato si entra dal piano piu’ alto.

Dalla Residencia alla piattafirma del telescopio il visitatore e l’astronomo di turno devono percorrere una strada asfaltata lunga 4 km costruita appositamente. Qui, sulla sommita’ piatta di Cerro Paranal, si trovano i telescopi ottico e infrarosso dell’osservatorio piu’ potente al mondo.

Gli astronomi preparano i computer per le osservazioni della notte, ed escono sulla piattaforma per godersi il tramonto Cileno. Il “sentiero di Stelle”, che corre tra la Residencia e la cima, e’ una popolare via ricreativa per lo staff e i visitatori del VLT.

Antu durante la seuqenza
serale iniziale

Nonostante il nome, il Very Large Telescope e’ in realta’ un insieme di diversi telescopi. I quattro telescopi che costituiscono il VLT hanno degli specchi da 8.2 metri di diametro ciascuno. Ad essi si aggiungono altri telescopi ausiliari piu’ piccoli, due dei quali sono attualmente funzionanti, un terzo e’ in fase di preparazione, un quarto e’ programmato. I telescopi principali si chiamano Antu (il Sole), Kueyen (la Luna), Melipal (la croce del Sud) e Yepun (Venere, la Stella della Sera), nel linguaggio indigeno locale Mapudungun.

Uno dei parametri di misurazione piu’ importanti per un telescopio sono le sue dimensioni – piu’ precisamente, il suo diametro. Da questo dipendono sia la quantita’ di luce che puo’ raccogliere (per vedere oggetti piu’ deboli), sia la risoluzione angolare che puo’ misurare (per osservare maggiori dettagli negli oggetti). I singoli telescopi principali, con i loro specchi da 8.2 metri, sono gia’ tra i piu’ grandi al mondo in grado di osservare la luce visibile. Per la loro dimensione, possono osservare oggetti miliardi di volte piu’ deboli di quanto visibile a occhio nudo. Grazie al sistema di ottica adattivo, che rimuove la maggior parte dell’offuscamento causato dall’atmosfera terrestre, la visibilita’ del VLT e’ acuta abbastanza da permettere in teoria ad un persona di leggere i titoli del giornale ad una distanza di oltre 10 chilometri.

Il segnale proveniente dai telescopi principali puo’ essere combinato con quello proveniente dai telescopi ausiliari usando una tecnica chiamata interferometria, che simula l’uso di un solo telescopio largo quanto l’intero schieramento dei telescopi individuali. Questo permette all’intero sistema, chiamato interferometro VLT, di lavorare come un telescopio di 200 metri di diametro. Con questa risoluzione angolare, l’interferometro VLT potrebbe in teoria vedere un astronauta sulla superficie della luna.

Subito prima del tramonto, gli astronomi sono raggiunti dall’operatore del telescopio e degli strumenti (TIO). Questi tecnici altamente qualificati gestiscono le operazioni che riguardano la gestione del telescopio e degli strumenti. Uno dei loro compiti consiste nel controllare il telescopio e gli osservatori, e forse non e’ una coincidenza che ‘tio’ in Spagnolo significhi ‘zio’.

I TIO e gli astronomi ESO di solito vivono a Santiago o Antofagasta, ma vengono a Paranal per i turni di lavoro. Il viaggio dura circa due ore di aereoplano seguite da due ore di autobus, su una strada parzialmente non asfaltata. Gli astronomi ESO trascorrono parte del loro tempo prestando servizio ai telescopi, e parte incrementando la propria ricerca astronomica.

Gli astronomi in visita, al contrario, potrebbero venire da tutto il mondo. Anche se la maggioranza delle richieste arriva da nazioni membri dell’ESO, ricercatori provenienti da ogni istituto nel mondo possono richiedere l’uso del telescopio. Questo e’ un processo competitivo, perche’ c’è un eccesso di domanda per l’utilizzo del VLT : la quantita’ di tempo richiesta e’ tre o quattro volte maggiore di quanto effettivamente disponibile.

Circa meta’ del tempo di osservazione e’ assegnato a progetti di astronomi in visita, e circa meta’ a “osservazioni di servizio”, dove i TIO e gli astronomi ESO osservano al posto dei ricercatori che cosi’ non hanno bisogno di lasciare i loro istituti.

Adesso che il sole e’ tramontato sul Cerro Paranal, le osservazioni possono iniziare. Il gigantesco edifico e’ stato gia’ aperto, per permettere al telescopio di guardare fuori nel cielo notturno. L’astronomo in visita non controlla direttamente il telescopio, lasciando il compito al TIO. L’astronomo deve solo descrivere le osservazioni che vuole fare.

Anche se le eccellenti condizioni atmosferiche a Paranal sono una delle ragioni per cui il sito e’ stato scelto, non si puo’ sempre fare affidamento sul tempo. A volte non e’ bello abbastanza per le osservazioni pianificate, e l’astronomo deve adattarsi. Se succede, puo’ magari ripiegare su uno dei suoi progetti di riserva o con uno dei progetti delle “osservazioni di servizio”.

La nebulosa di Orione,
abbastanza brillante da
essere vista ad occhio nudo,
e’ un sistema di gas e polvere
grande diverse decine di
anni-luce

Dal 1998, quando Antu, il primo dei telescopi individuali è nato, il VLT e’ stato all’avanguardia nella ricerca astronomica. E’ stato usato per guardare oggetti nel nostro sistema solare, e bellissime nebule e resti di supernove nella Via Lattea. Gli astronomi hanno osservato le stelle nell’orbita gravitazionale del buco nero supermassivo al centro della nostra galassia, e hanno trovato galassie distanti molto lontane dalla nostra. Le osservazioni con il VLT hanno gettato luce sulle misteriose esplosioni cosmiche conosciute come lampi di raggi gamma, le piu’ potenti esplosioni nell’universo. E gli astronomi che hanno usato il VLT sono stati i primi a catturare una immagine di un pianeta extra-solare (‘exoplanet’), un mondo esterno al nostro sistema solare.

Durante la notte, il gruppo puo’ fare lunghe osservazioni di un numero ristretto di oggetti, o cambiare più volte l’obiettivo di osservazione cercando sempre di sfruttare al meglio il tempo a disposizione e le condizioni atmosferiche. Ma ogni notte finisce, e quando il sole sorge sopra Cerro Paranal, le osservazioni sono completate. Il TIO mette il telescopio gigante nella posizione di riposo, chiude l’edificio, e lui e gli astronomi ritornano alla Residencia per riposare e dormire.

Il VLT rimane vuoto sulla montagna per poco tempo, fino a che arriva un diverso gruppo di lavoratori. Il personale giornaliero di ingegneri e tecnici, insieme agli astronomi di turno di giorno, sono responsabili per la manutenzione del telescopio. Gli ingegneri solitamente vivono ad Antofagasta, e lavorano per turni di una settimana al VLT, piu’ una settimana di riposo. Lavorano per risolvere problemi verificatisi durante la notte, o per migliorare le attrezzature. Parte del lavoro e’ fatto al VLT stesso, ma ci sono laboratori e officine al campo base, vicino alla Residencia.

Quando il sole comincia a tramontare, il personale giornaliero contatta via radio il TIO, che sta ritornando indietro verso la cima. Prepara l’hardware del telescopio, e riapre nuovamente l’edificio, pronti per l’arrivo del TIO e degli astronomi. Quando il telescopio e’ consegnato, e magari dopo aver guardato il tramonto, il personale giornaliero torna alla Residencia. Mentre una giornata finisce, inizia una nuova notte di scoperte.

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Institution

ESO

Review

Questo articolo descrive come gli scienziati e gli ingegneri lavorano ad un moderno telescopio, e ha lo scopo di informare gli insegnanti su cosa esattamente facciano gli astronomi in questi telescopi. L’articolo e’ di particolare interesse per gli insegnanti di fisica, anche se chiunque insegni una materia scientifica potrebbe essere interessato.

Lo stile a diario lo rende facilmente leggibile anche per chi non e’ familiare con l’astronomia. Anche se questo articolo non contiene direttamente nessun materiale per l’insegnamento, gli insegnanti di scienze e i loro studenti potrebbero trovare interessante leggere di come si svolga il lavoro di uno scienziato.

Anche se questo articolo da un’idea abbastanza idealistica della vita degli astronomi al VLT, fa anche sorgere molte domande e risveglia l’interesse sull’argomento.


Roeland van der Rijst, Paesi Bassi




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