Science, 23 Apr 93, Vol. 260, pg. 483 - Faye Flam - Il progetto di due telescopi da 8 m da installare nei prossimi 7 anni a Cerro Tololo (Cile) ed a Mauna Kea (Hawaii), ha fatto sorgere discussioni circa la tecnologia da adottare per eliminare rischi di insuccesso come quello recente del telescopio Hubble. L’unico specchio di dimensioni comparabile è attualmente quello da 10 m del telescopio Keck a Mauna Kea, realizzato in molti singoli segmenti. Un’alternativa innovativa è quella di usare un honeycomb leggero di vetro al borosilicato. Lo specchio deve mantenere la sua forma entro 15 nanometri e la realizzazione con diversi segmenti è critica nell’assicurare un uguale coefficiente di espansione termico per tutte le parti.
Science, 18 Jun 93, Vol. 260, pg. 1716 - Faye Flam - L’uso dello Hubble Space Telescope (HST) da parte degli astronomi passa attraverso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland. Ci sono 400 persone che programmano e controllano il telescopio per conto degli astronomi. A parte il difetto di miopia del telescopio, i tempi lunghi di reazione sono il maggiore inconveniente che lamentano gli astronomi specie se, come spesso accade, è necessario ripetere l’osservazione ed il gran numero di richieste in attesa rende la cosa problematica.
Science, 2 Jul 93, Vol. 261, pg, 27 - Random Samples - Un team scandinavo sta completando il progetto di un telescopio da 25 metri che una volta costruito sarà il più grande del mondo. Attualmente il più grande è il Keck da 10 m nelle Hawaii e nel 1999 vi sarà il Very Large Telescope in Cile formato da un array di 4 telescopi.. Il miglior modo di costruire telescopi più grandi di 8 metri è quello di realizzarli con segmenti esagonali che però sono difficili da assemblare. Gli esperti svedesi e danesi hanno studiato un’altra soluzione: un semplice specchio sferico che produce una cattiva focalizzazione e tre specchi per compensarla. Uno degli specchi ha la stessa funzione correttiva dell’ottica in preparazione per correggere il difetto dello Hubble Space Telescope (HST), l’ultimo specchio è una versione scalata a 3 metri dello specchio principale con lo stesso numero di segmenti (141) aggiustando i quali si possono compensare gli errori di posizionamento dei segmenti corrispondenti di quello principale.
Science, 19 Nov 93, Vol. 262, pg. 1206 - John Travis - Un progetto congiunto fra Messico e Stati Uniti prevede di costruire in Messico il più grande radiotelescopio di alta precisione. Si tratta del Large Millimeter Telescope (LMT) capace di rivelare radiazioni di lunghezza d’onda inferiori al millimetro. La scelta del Messico per l’installazione sfrutterà il clima secco e l’eccellente vista del centro della Via Lattea e dell’emisfero sud ancora inesplorato. Il governo messicano inoltre pagherà 23 milioni di US$ dei 43 previsti per il progetto. Ci sono però ancora incertezze sul resto del finanziamento perché mancano almeno 10 milioni di US$. Lo LMT avrà una superficie adattiva, la parabola di 50 m sarà costituita da 126 segmenti esagonali la cui posizione sarà continuamente aggiustata dal calcolatore per ottimizzare la forma, l’impianto sarà sotto un radome permanente di materiale trasparente alle onde millimetriche e sarà controllato a distanza. Comparabile a questo sono un telescopio da 45 m in Giappone ed uno da 30 m in Spagna. Un progetto concorrente era quello detto del Millimeter Array (MMA), da 115 milioni di US$, formato da una serie di 40 parabole da 8 m trasportabili a complemento del Very Large Array in banda centimetrica; questo progetto forse dovrà essere rinviato. La NSF, anche se non dovrà finanziare lo LMT, dovrà tuttavia fornire i 4 milioni di US$ annui per i prossimi 20 anni per mantenere operativo lo LMT.
Science, 26 Nov 93, Vol. 262, pg. 1390 - N. Hubin - Due sono i parametri fondamentali di un telescopio: il diametro cioè la capacità di raccogliere luce e la risoluzione angolare che ha un limite solo nella diffrazione. In pratica gli errori del telescopio e quelli indotti dall’atmosfera distorcono il fronte d’onda generato che dovrebbe essere perfettamente sferico per formare l’immagine, introducendo degli errori di fase. La turbolenza atmosferica ad esempio fa sì che la risoluzione angolare non sarà mai migliore di quella ottenibile da un telescopio da 10 o 20 cm di diametro e questa è la ragione principale per cui è stato lanciato lo Hubble Space Telescope. Tuttavia molti progressi sono stati fatti anche per i telescopi terrestri con l’uso di ottiche attive veloci oppure di ottiche adattive. Ambedue i sistemi sono dotati di tre elementi: un sensore del fronte d’onda per misurare le distorsioni del fronte d’onda proveniente dalla stella, un dispositivo di correzione che può essere attivo o adattivo ed un calcolatore di controllo che per l’ottica attiva può essere relativamente lento, ma che deve essere molto veloce per un’ottica adattiva. L’ottica attiva è adatta per correggere errori variabili lentamente con periodo minore di 0,01 Hz. Vengono usati due tipi di specchi regolabili: continui ed a segmenti esagonali; i primi sono regolati mediante forze applicate e quindi sono possibili solo un limitato numero di modi di deformazione, i secondi aggiustano la posizione dei singoli segmenti in profondità e tilt. Il sensore è basato sull’osservazione di una stella guida nel campo di vista la cui immagine è confrontata con un riferimento memorizzato. Il computer calcola i dati per la correzione degli elementi. Per rilevare l’errore del telescopio l’ottica attiva richiede un tempo di integrazione di circa 30 sec. Oggi vi sono solo due di tali telescopi: lo European Southern Observatory (ESO) da 3,5 m con 75 supporti attivi sotto lo specchio primario monolitico installato sulle Ande Cilene nel 1989, ed il telescopio Keck da 10 m e 36 segmenti da 1,8 m a Mauna Kea, Hawaii, completato nel 1992. L’ottica adattiva interviene su distorsioni rapidamente variabili come quelle prodotte dall’atmosfera. Questa produce errori del fronte piano dell’ordine di alcuni micrometri e questi devono essere corretti riducendoli nel rapporto 1/50 ogni millisecondo. L’ottica adattiva usa uno specchio deformabile di 10 o 20 cm continuo o ad elementi singoli controllato da attuatori piezoelettrici. Il numero degli attuatori per un telescopio da 8 m può arrivare a 6400. Il sistema di controllo richiede un calcolatore specializzato che fornisca i dati agli attuatori ogni 0,5 - 1 ms. Un altro progresso si è avuto utilizzando come stella guida un riferimento artificiale detto laser probe o laser beacon che produce un lampo di luce illuminando con un impulso laser gli atomi di sodio nell’alta mesosfera a 90 km o altre molecole o particelle della bassa atmosfera fra 10 e 20 km. Si può migliorare così di un fattore 10 la risoluzione di un telescopio da 1 m di diametro.
Science, 14 Jan 94, Vol. 263, pg. 167 - Ann Finkbeiner - Per gli anni ‘90 gli astronomi pensano ad un successore dello Hubble Space Telescope, ma in soluzione economica. Invece di porlo in orbita a 600 km si pensa di appendere un telescopio ad un aerostato delle dimensioni di un 747 a circa 13 km sopra l’Alaska. Il progetto è chiamato Polar Stratospheric Telescope (POST) ed ha un costo stimato di 60 milioni di US$. Il telescopio sarà costituito da uno specchio principale da 1,8 m e da 6 specchi da 0,6 m dentro un diametro di 6 m. L’insieme sarà combinato per realizzare un’unica immagine. Il telescopio sarà stabilizzato con giroscopi. Successivamente il telescopio potrebbe essere spostato in Antartide dove l’atmosfera è più calma e fredda.
Science, 15 Apr 94, Vol. 264, pg. 348 - John Travis - Un riflettore ideale di forma parabolica può essere realizzato usando mercurio liquido in un contenitore rotante sfruttando le forza centrifuga e gravitazionale. Con uno strato di 2 mm di mercurio in un contenitore rotante di kevlar si è realizzato in Canada un riflettore da 2,7 m di diametro. Le immagini vengono compensate elettronicamente dalla rotazione terrestre e si sono ottenute delle immagini spettacolari. L’inconveniente è il ridotto campo di vista e l’impossibilità di puntare a volontà il telescopio: il suo impiego è limitato alla mappatura del cielo in direzione zenitale.
Science, 22 Apr 94, Vol. 264, pg. 501 - Ray Jayawardhana - L’India sta costruendo, ad 80 Km a nord di Pune, il Giant Meterwave Radio Telescope (GMRT) formato da un array di 30 antenne paraboliche di 45 m di diametro disposte secondo una Y di 25 Km: sarà il più grande del mondo in questa banda di frequenza e verrà completato l’anno prossimo. La sua sensibilità permetterà fra l’altro di misurare la radiazione emessa dalle nubi primordiali di gas che hanno poi formato le galassie. La scelta delle frequenze metriche viene favorita dal minore disturbo in questa banda esistente in India rispetto ai paesi occidentali e dal minore costo della mano d’opera. Il Very Large Array attualmente nel New Mexico opera a frequenze centimetriche. L’impegno dell’India in campo astronomico è già dimostrato fra l’altro dallo Udaipur Solar Observatory, costruito nel 1975 e da 19 anni in funzione, che è uno dei pochi osservatori fra l’Europa e l’Australia capace di studiare il Sole con un’ottica ad alta risoluzione per rilevare le onde sismiche che scuotono la sua superficie.
Science, 24 Jun 94, Vol. 264, pg. 1836 - Jeffrey Mervis - La NSF sta valutando un piano per costruire una nuova stazione nel Polo Sud da 175 milioni di US$ al posto dell’attuale Amundsen-Scott Station ricostruita nel 1975. Si ritiene che il Polo Sud sia un’area unica per tranquillità, bassa temperatura, clima secco, aria pura e presenza di uno spessore di 3000 m di ghiaccio. Il basso tenore di vapore acqueo permetterà misure nelle onde millimetriche ed infrarosse che sono facilmente assorbite in altri siti. La purezza dell’aria favorisce l’osservazione telescopica. Un altro progetto è quello di Antartic Muon and Neutrino Detector Array (AMANDA) da 1 milione di US$ che richiede di affondare i sensori a 1000 m sotto il ghiaccio. Lo studio del buco dell’ozono e delle variazioni climatiche globali sono altre due attività. La nuova stazione richiederà 8 anni per la sua costruzione.
Science, 4 Nov 94, Vol. 266, pg. 735 - Random Samples - La NSF ha assegnato 5,5 milioni di US$ per la costruzione, entro il 2000, di un array di telescopi capace di realizzare la più alta risoluzione nelle immagini ottiche. L’ente assegnatario è il Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) della Georgia State University e si tratta di installare 5 telescopi da 1 metro secondo una disposizione ad Y. L’interferometria ottica sarà ottenuta facendo viaggiare la luce dei 5 telescopi in tubi a vuoto e ricombinandola in modo da produrre immagini come se fossero create da un singolo telescopio da 400 m.
Science, 28 Apr 95, Vol. 268, pg. 491 - Daniel Clery - Le 8 nazioni che fanno parte dello European Southern Observatory (ESO) sono ormai convinte che le migliori condizioni di visibilità per l’astronomia ottica con base a terra si trovano in Cile ed in particolare nel deserto di Atacama. Qui dal 1960 sono stati costruiti 14 telescopi e si sta iniziando ora la costruzione del Very Large Telescope (VTL), un gruppo di 4 strumenti da 8 metri di diametro che opereranno insieme come un solo strumento da 16 metri. Recentemente però sono sorti problemi legali con il paese ospitante. Nel 1988 il governo militare cileno aveva concesso il sito del Cerro Paranal a 650 km dall’osservatorio principale di La Silla con immunità da tasse e dalle leggi del paese. Nel 1990, con il ritorno della democrazia, sono iniziate le controversie. Gli astronomi locali vogliono garantirsi una parte del tempo di osservazione, la associazioni sindacali del lavoratori cileni a La Silla vogliono le loro rappresentanze ed alcuni politici considerano la donazione di Paranal illegale. Le trattative sono ancora molto complesse ed il prossimo giugno è prevista una nuova riunione della ESO.
Science, 20 Oct 95, Vol. 270, pg, 373 - Jonathan Weisman - La scorsa settimana presso il Lick Observatory è stato provato un nuovo sistema di ottica adattiva basato su un cannone laser che crea a circa 100 km di altezza dalla terra un punto luminoso eccitando una zona ricca di atomi di sodio. L’immagine di questa stella artificiale apparirà fluttuante a causa della turbolenza atmosferica; un computer agirà in modo continuo sugli attuatori disposti sullo specchio del telescopio per tenerlo a fuoco portando l’immagine ad essere puntiforme. Questo sistema, studiato dagli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory fin dal 1992, verrà applicato anche al telescopio Keck da 10 m delle Hawaii.
Science, 8 Dec 95, Vol. 270, pg. 1564 - Alexander Hellemans - Nella conferenza mondiale di Radioastronomia tenutasi lo scorso mese a Ginevra gli astronomi hanno richiesto ai governi di proteggere certe bande per l’uso esclusivo degli astronomi, e specialmente la riga del metanolo a 6668 MHz. La riga del metanolo, scoperta nel 1991, è usata per osservare la formazione delle nuove stelle nelle nubi di gas: le stelle eccitano le molecole del metanolo che amplificano le onde radio. Attualmente una sola banda, la riga dell’idrogeno a 1420 MHz, è riservata agli astronomi che la usano per lo studio delle galassie e la misura del red shift. Gli astronomi usano rapporti segnale/rumore di -60 e -80 dB mentre le telecomunicazioni adottano -20dB ed i disturbi dei loro spettri si sovrappongono alla riga del metanolo. La conferenza, sponsorizzata dalla International Telecommunication Union (ITU) ha lo scopo di coordinare l’allocazione delle frequenze. Gli astronomi chiedono maggiore protezione anche al di sotto di 1 GHz e nelle bande 4990 - 5000 MHz e 1535 - 1540 MHz soggette ad interferenze dalle trasmissioni downlinks dei satelliti.
Science, 31 May 96, Vol. 272, pg. 1268 - James Glanz - A metà di questo mese sono stati installati una coppia di strani riflettori per migliorare le prestazioni del grande radiotelescopio di Arecibo a Puerto Rico che è anche il più potente radar del mondo; nella modifica è compreso un nuovo ricevitore e trasmettitore. Il riflettore del radiotelescopio da 305 m, sistemato in una conca naturale, ha forma sferica, è fisso e focalizza il fascio su una linea parallela alla direzione di provenienza invece che in un punto. Fino ad oggi si usavano dei feeder lineari, mobili e lunghi fino a 29 m, a guide d’onda fessurate che funzionavano in una stretta banda di frequenza al di sotto di 10 cm. Ora con i due riflettori si focalizza su un punto e la frequenza di lavoro arriva fino a 2 o 3 cm, limitata solo dalle irregolarità del riflettore principale. Come radar, e con un trasmettitore da 1 megawatt, potrà ora ottenere mappe di asteroidi a milioni di km di distanza con una risoluzione di 15 m.
Science, 21 Jun 96, Vol. 272, pg. 1735 - Andrew Warson - Gli scienziati della NASA hanno proposto un nuovo ambizioso progetto: il Next Generation Space Telescope (NGST) successore dello Hubble Space Telescope (HST). Il nuovo telescopio dovrebbe costare 500 milioni di US$ ed essere dedicato all’osservazione degli infrarossi da 0,5 a 20 micrometri di lunghezza d’onda per esplorare le galassie dell’universo più giovane con red shift da 3 a 20. Il riflettore ha un diametro di 8 m in 8 segmenti contro i 2,4 m dello HST. Il telescopio sarà tenuto schermato dalla radiazione solare alla temperatura di -240 °C. Per motivi di budget il progetto potrebbe essere allocato intorno al 2005 - 2010.
Science, 4 Oct 96, Vol. 274, pg. 36 - Steve Nadis - La scorsa primavera il centro di ricerche dell’ESTEC ha annunziato di aver costruito un rivelatore del tipo Superconductor Tunnel Junction (STJ) costituito da un sandwich di uno strato isolante fra due strati di metallo superconduttore (giunzione Josephson) capace di rivelare fotoni dallo spettro visibile al vicino ultravioletto e misurarne l’energia e quindi la lunghezza d’onda dal numero di elettroni liberati. La misura della lunghezza d’onda rende questo dispositivo superiore ai CCD che misurano solo il numero di fotoni, ma sono affidabili ed economici. Si pensa già all’applicazione del nuovo rivelatore nello Hubble Space Telescope (HST) e nel telescopio Keck delle Hawaii da 10 m.
Science, 17 Jan 97, Vol. 275, pg. 300 - Jeffrey Mervis - L’Amministrazione Clinton ha autorizzato l’impiego di 200 milioni di US$ del budget della NSF per iniziare i lavori sul progetto del Millimeter Array (MMA). Si tratta di un anello ovale di 40 antenne da 8 m di diametro per lunghezze d’onda millimetriche e submillimetriche per sorvegliare lo spettro compreso fra le onde radio e l’infrarosso. Le antenne sono mobili su percorsi di parecchi Km e sono dotati di ricevitori a superconduzione. Manipolando i segnali con tecnica interferometrica si può simulare un’unica antenna dal diametro pari a quello dell’array. Vi sono due siti candidati per l’installazione: Mauna Kea nelle Hawaii a 4200 m o nel deserto di Atacame in Cile a 5000 m. Il sito cileno offre più spazio e migliori condizioni di osservazione, ma è fuori dagli USA e più condizionato dalla politica.
Science, 20 Jun 97, Vol. 276, pg. 1785 - Charles Seife - Il 14 giugno a Puerto Rico, con una cerimonia, è stato rimesso in funzione il più grande radio telescopio e radar del mondo nell’osservatorio di Arecibo dopo 5 anni di interruzione per migliorie ed una spesa di 27 milioni di US$. Il telescopio è dotato di un riflettore di 305 m di diametro, immobile all’interno di un cratere. I miglioramenti hanno riguardato il feeder introducendo un doppio specchio per focalizzare i segnali, migliorando la sensibilità di un fattore 3 ed allargando la banda fino a 10 GHz invece dei 3 GHz. Anche la sua funzione di radar è stata migliorata con un nuovo trasmettitore da un milione di watt. Sarà possibile fare la mappa di asteroidi in orbite vicine e degli anelli di Saturno.
Science, 27 Jun 97, Vol. 276, pg. 1994 - Andrew Watson - I telescopi hanno ormai raggiunto i limiti per i quali le turbolenze dell’atmosfera, le deformazioni dovute alla gravità e le variazioni di temperatura impediscono ogni ulteriore miglioramento. Tuttavia contro questi problemi sono stati presi dei provvedimenti che hanno spostato ulteriormente i limiti delle dimensioni e delle capacità di risoluzione dei telescopi. Contro le deformazioni dovute alla gravità ed alla temperatura si è creata l’ottica attiva e contro le distorsioni dell’atmosfera si è introdotta l’ottica adattiva. L’ottica attiva consiste nel contrastare le deformazioni con altre di segno opposto controllate da un calcolatore e prodotte da centinaia di pistoni attuatori ciascuno capace di poche decine di nanometri. Un’altra variante, adottata nei due telescopi da 10 m dell’osservatorio Keck a Mauna Kea nelle Hawaii, è di formare gli specchi ciascuno con 36 segmenti esagonali controllati individualmente. Il controllo attivo permette ora la costruzione di telescopi molto più leggeri con uno specchio di soli 2 cm di spessore e con struttura in honeycomb. L’ottica adattiva osserva invece l’immagine puntiforme di una stella nel campo di vista deformata dalla turbolenza atmosferica e manipolando in tempo reale, migliaia di volte al secondo, la forma di un piccolo specchio riflettore riporta l’immagine ad un punto portandola al limite di diffrazione. L’ottica adattiva è stata sviluppata per scopi militari nel programma SDI degli anni ‘80 ed è stata poi declassificata per gli astronomi nel 1991. La stella di confronto può essere sostituita da una stella artificiale realizzata eccitando con un fascio laser lo strato di sodio atomico che si trova a 90 km di quota. Per aumentare la risoluzione senza dover aumentare le dimensioni dei telescopi anche in campo ottico si ricorre al metodo interferometrico combinando tre telescopi piccoli disposti a Y. Il Naval Prototype Optical Interferometer (NPOI) usa tre telescopi da 10 cm posti fra di loro a 36 m di distanza e la risoluzione che si ottiene è di 3 milli-arc secondo. L’interferometro richiede però che la luce dei tre telescopi sia ricombinata con un tempo di ritardo di una frazione di lunghezza d’onda ed il limite sta solo nella quantità di luce che raccoglie il singolo telescopio.
Science, 8 Aug 97, Vol. 277, pg. 765 - James Glanz - I telescopi del South African Astronomical Observatory (SAAO) si trovano a migliaia di km da quelli dell’Australia e del Sud America e questo ha fatto pensare di sfruttare questa lontananza per un progetto congiunto detto PLANET (Probing Lensing Anomalies Network). Il progetto ha lo scopo di monitorare le stelle della parte centrale della Via Lattea visibile nell’emisfero australe e misurare variazioni di luminosità che possano indicare il passaggio di pianeti nella linea di mira. Poiché queste fluttuazioni possono avere durate di diverse ore, si richiede un monitoraggio continuo e la collaborazione di diversi osservatori intorno alla Terra. L’evento più spettacolare fino ad oggi osservato è stato fra giugno e luglio e corrispondeva al passaggio di un pianeta come Giove davanti ad una stella di massa solare.
Science, 7 Nov 97, Vol. 278, pg. 1010 - Ann Finkbeiner - È in corso da più parti la realizzazione di mappe digitali contenenti da centinaia di migliaia a centinaia di milioni di oggetti stellari che coprono 14 lunghezze d’onda dalle ultraviolette alle ottiche, infrarosse e radio contenenti trilioni di bytes (terabytes) che dovranno costituire archivi accessibili ad astronomi e ricercatori attraverso la rete Web tutte interconnesse in modo da realizzare una specie di telescopio virtuale. L’osservazione su più lunghezze d’onda ha cambiato il nostro modo di pensare l’universo; mentre in campo ottico le galassie sono distribuite in cluster e filamenti, l’analisi nello spettro radio compiuta negli anni ‘60 ha mostrato configurazioni diverse dimostrando come l’universo sia cambiato nel tempo; negli anni ‘70 poi l’indagine nello spettro X ha mostrato come molte stelle che sembrano avere una vita tranquilla nello spettro ottico, si trovano in fase catastrofica all’analisi dello spettro X. Nello spettro ottico i quasars sembrano stelle e solo combinando gli spettri, dalle onde radio ai raggi gamma, si rivelano come galassie attive dominate da un buco nero centrale. La combinazione delle osservazioni multispettrali deve essere fatta non per coordinate, ma dividendo il cielo per aree triangolari e si stanno sviluppando software per combinare i dati. Il progetto del cielo digitalizzato verrà realizzato probabilmente entro due anni e cambierà il modo di fare astronomia. Vengono elencate le iniziative più importanti.
Digitized Palomar Sky Survey (DPOSS): all’osservatorio di Palomar un team del Caltech sta digitalizzando il cielo dell’emisfero nord sulle lunghezze d’onda verde, rosso e infrarosso vicino; si stanno catalogando 50 milioni di galassie e 100000 quasars (http://www-gss.stsci.edu/dss/dss.html).
Two-Degree Field Survey (2dF): collaborazione fra osservatori e università di Australia e Gran Bretagna che sta raccogliendo spettri ottici di 250000 galassie e 250000 quasars su una parte dell’emisfero australe (http://www.aao.gov.au/local/www/2df/).
Sloan Digital Sky Survey: collaborazione di università, istituti e osservatori USA utilizzanti un telescopio da 2,5 m del New Mexico per raccogliere fotografie digitali e spettri di 100 milioni di galassie e milioni di quasars dell’emisfero boreale in cinque colori dall’ultravioletto all’infrarosso (http://www-sdss.fnal.gov:8000/)
Galaxy Evolution Explorer (GALEX): un piccolo satellite, il GALEX, con un rivelatore nell’ultravioletto, bloccato dall’atmosfera, prenderà le immagini di 10 milioni di sorgenti di ultravioletto e 100000 spettri su tutto il cielo a partire dall’anno 2000.
Two Micron All Sky Survey (2MASS): una collaborazione fra l’università del Massachusetts, JPL e centro del Caltech userà due telescopi in Arizona e Cile per raccogliere milioni di galassie e 400 milioni di stelle in tutto il cielo a 2 micrometri nel vicino infrarosso (http://pegasus.phast.umass.edu/2masscenter.html).
Faint Images of the Radio Sky at Twenty-centimeters (FIRST): astronomi di diverse università e lo STScI hanno raccolto centinaia di migliaia di immagini di galassie con il Very Large Array del National Radio Astronomy Observatory (NRAO) (http://sundog.stsci.edu).
The Amateur Sky Survey (TASS): prodotto dell’iniziativa e del finanziamento di Tom Droege, un ingegnere del Fermi National Accelerator Laboratory, che ha costruito macchine fotografiche con lenti da 135 mm e le fornisce a chiunque voglia operare e collaborare al software che li collega. Gli amatori sistemano i loro obiettivi nel giardino, scoprono le lenti di notte lasciando che il cielo si muova e raccolgono le immagini. Viene analizzata così una striscia di 3° dove si possono trovare 1000 stelle variabili da studiare. Le osservazioni finiscono in un database del Rochester Institute of Technology in New York e può essere consultato via Internet. Quando gli osservatori saranno abbastanza allenati potranno cercare anche gli asteroidi che minacciano la Terra (http://p674p06.isc.rit.edu/tass/tass.html).
Science, 30 Jan 98, Vol. 279, pg. 655 - Richard Stone - Nel 1991 la NSF ha creato il Center for Astrophysics in Antarctica (CARA) ed ha cominciato a finanziarlo con lo scopo di creare un sistema di addestramento per poter operare in Antartico. Si è arrivati così allo International Antartic Observatory (IAO) un’organizzazione che dovrà costruire subito dopo il 2000 una nuova stazione USA al polo sud. In Antartide l’osservazione astronomica è favorita dall’aria secca e fredda specialmente adatta all’osservazione delle lunghezze d’onda più lunghe assorbite dal vapore acqueo. Un telescopio da 10 m in Antartide farebbe in un giorno ciò che il telescopio di Mauna Kea nelle Hawai fa in 100 giorni. Un altro progetto è quello del South Pole Infrared Imaging Telescope (SPIRIT) per la ricerca delle protogalassie più antiche e lo Antartic Muon and Neutrino Detector Array (AMANDA) una rete di tubi fotomoltiplicatori sepolti nel ghiaccio per rivelare i lampi di luce prodotti da queste particelle. La cooperazione internazionale farebbe dell’Antartide un luogo per le ricerche astronomiche. Una nuova base sarebbe quella di Francia ed Italia detta Dome Concordia (Dome C) che si aprirà in modo non permanente nel 2001.
Science, 27 Mar 98, Vol. 279, pg. 2032 - Dana Mackenzie - Il National Astronomy and Ionosphere Center (NAIC), che opera il Radiotelescopio di Arecibo in Puerto Rico, ha annunziato la scorsa settimana che la Motorola ha accettato di limitare le trasmissioni via satellite sopra l’osservatorio nella parte critica dello spettro per 8 ore al giorno. Il servizio Motorola impiega 66 satelliti che trasmettono canali telefonici a 1621 MHz e questi disturbano la ricezione del radiotelescopio. La parte critica dello spettro è quella fra 1610 e 1613,8 MHz dove si riceve l’emissione dei radicali idrossilici che si trovano intorno alle comete e nell’involucro in espansione delle giganti rosse. Con questo accordo l’interferenza sarà ridotta di un fattore circa 30 durante le ore notturne, ma in ogni caso i tempi di osservazione saranno più lunghi.
Science, 26 Jun 98, Vol. 280, pg. 2042 - Alexander Hellemans - In una riunione a Liegi, Europei ed Americani hanno parlato di una collaborazione per la costruzione del Next Generation Space Telescope (NGST). Il telescopio costerà 900 milioni di US$ e sarà lanciato nel 2007, avrà un riflettore primario da 8 m e produrrà immagini ad alta risoluzione nelle lunghezze d’onda del visibile e dell’infrarosso, servirà a scoprire le più antiche galassie ed il processo di formazione delle prime stelle. Il telescopio non orbiterà intorno alla Terra, ma sarà posizionato nel punto Lagrangiano L2 sull’asse Terra-Sole a 2 milioni di km dalla Terra. Attualmente il budget dell’ESA non prevede lo NGST, ma si pensa a dei risparmi su diverse missioni. Gli Europei possono contribuire in alcune aree tecnologiche dove sono leader come la costruzione delle ottiche e con il lanciatore Ariane 5. L’attuale collaborazione fra ESA e NASA per lo Hubble finirà nel 2001 ed il nuovo progetto potrebbe riaprirla.
Science, 2 Oct 98, Vol. 282, pg. 34 - David Malakoff - Entro l’anno la compagnia di telefonia mobile Iridium LLC inizierà a mettere in orbita una costellazione di 66 satelliti per comunicazioni dal costo di 5 miliardi di US$ ed entro pochi anni altri 100 satelliti saranno lanciati per gli stessi scopi. Alcune di queste piattaforme interferiranno con i segnali di radioastronomia ed in particolare quelli dello ione idrossile formato da idrogeno ed ossigeno che emette a 1612 MHz molto vicino alle frequenze del sistema Iridium che si trovano fra 1616 e 1626,5 MHz. Gli astronomi sono molto vulnerabili essendo capaci di rivelare potenze di trilionesimi di watt. L’International Telecommunication Union (ITU) delle UN ha protetto la banda dell’idrossile con una finestra fra 1610 e 1613,8, ma recentemente la Motorola ha ammesso che le sue emissioni radio entrano in questa banda. Una lunga contrattazione ha portato ad un accordo per gli USA con cui la società Iridium assicurerà 4 ore di osservazioni ogni notte con silenzio radio ed un altro accordo si è dovuto stipulare con il National Astronomy and Ionospheric Center (NAIC) che gestisce il telescopio di Arecibo a Puerto Rico. L’Europa ha avuto da Iridium la promessa di eliminare il problema di interferenza prima di lanciare la prossima generazione di satelliti nel 2006, ma ci sono ancora dei dubbi che la compagnia possa soddisfare i requisiti. Altre frequenze critiche per gli astronomi sono quella dell’idrogeno neutro a 1420 MHz, quella del metanolo a circa 10 GHz e quella del vapore acqueo a 22 GHz. La prossima conferenza ITU per l’allocazione delle frequenze si terrà a Ginevra nel maggio del 2000 e dovrà stabilire le nuove richieste sullo spettro sopra i 75 GHz fino ad oggi libero per gli astronomi. Il futuro per gli astronomi si prospetta difficile e l’unico rifugio rimarrà il lato invisibile della Luna, ultima zona ancora schermata dall’inquinamento elettromagnetico della Terra.
Science, 19 Mar 99, Vol. 283, pg. 1836 - Govert Schilling - A 5000 m sulle Ande cilene, vicino al confine con Bolivia e Argentina, è stata scelta la postazione per l’astronomia submillimetrica. Il sito si chiama Llano de Chajnantor, nel deserto di Atacama, uno dei più secchi della terra, al di sopra del 50% dell’atmosfera e con un 50% di tempo di osservazione nel corso dell’anno, è quindi il più adatto alle osservazioni nel submillimetrico dopo una stazione spaziale. In 10 anni vi saranno installati 64 antenne da 12 m a formare un array da 10 km di diametro con una superficie di 7000 mq per osservare oggetti celesti da Plutone ai pianeti extrasolari, ai nuclei delle galassie attive. Il progetto nasce dalla collaborazione dell’European Southern Observatory (ESO), già presente in Cile, il National Radio Astronomy Observatory (NRAO) USA e possibilmente il Giappone con un costo stimato di 400 milioni di US$. A poche centinaia di km ad ovest e 2,5 km più in basso come quota, si trova Cerro Paranal dove l’ESO ha installato il Very Large Telescope. Le onde submillimetriche arrivano dalle regioni più fredde dell’universo; ci sono già telescopi nel millimetrico, che hanno studiato le aree fredde dove nascono le stelle, ma il nuovo array potrà vedere con maggiore dettaglio, fino a 10 milli-sec d’arco, 50 volte più piccolo dell’attuale, e potrà lavorare su un campo di frequenza da 10 a 0,3 mm. Questo permetterà agli astronomi di vedere direttamente i pianeti extrasolari ed i dischi protoplanetari intorno alle altre stelle. L’idea è nata circa 10 anni fa quando fu costruito dagli svedesi il primo telescopio submillimetrico per l’osservatorio La Silla in Chile; gli astronomi compresero subito la necessità di un grande array di antenne da combinare con metodo interferometrico per avere una migliore risoluzione. Presto ESO, NRAO e Giapponesi progettarono ciascuno di costruire un loro array, ma poi ESO e NRAO decisero di mettere insieme le risorse per un sistema più grande. Le antenne avranno basi mobili e potranno formare o un gruppo compatto di 3 km di diametro per i segnali più deboli o un cerchio di 10 km per la migliore risoluzione. Gli astronomi controlleranno il sistema in modo remoto dalla vicina cittadina di San Pedro de Atacama a 2500 m di altitudine, sul posto potranno lavorare cileni abituati alle alte quote. Il nome provvisorio è LSA/MMA (Large Submillimeter Array for Millimeter Astronomy).
Science, 19 Nov 99, Vol. 286, pg. 1504 - Govert Schilling - La turbolenza dell’atmosfera terrestre distorce il fronte d’onda della luce ed offusca i dattagli ponendo un limite alla risoluzione dei più grandi telescopi terrestri. Tuttavia negli ultimi anni gli astronomi hanno lavorato ad una soluzione detta “ottica adattiva” (AO) che misura le distorsioni variabili del fronte d’onda e le compensa con una frequenza di cento volte al secondo agendo su uno specchio deformabile con decine o centinaia di piccoli attuatori piezoelettrici. La tecnica, prima sperimentale, è diventata sempre più matura ed ora viene applicata a tutti i più grandi telescopi. L’ottica adattiva è stata sviluppata in origine nei sistemi militari di inseguimento dei satelliti per migliorare le immagini laser e la tecnologia fu declassificata nei primi anni ‘90 e fu subito adottata dagli astronomi che tuttavia avevano già studiato un sistema simile poi installato nel 1990 su un telescopio da 3,6 metri di diametro a La Silla in Cile. La tecnologia si basa sul sensore di Shack-Hartmann costituito da una matrice di lenti ciascuna delle quali crea una piccola immagine di una stella e ne vengono registrati con un CCD gli spostamenti dovuti alla turbolenza atmosferica; Un computer veloce calcola le distorsioni di uno specchio deformabile necessarie alla compensazione. Il miglioramento su un telescopio da 10 m come il Keck delle Hawaii è di un fattore 10, ma il sistema si basa sull’uso di una stella guida ed il massimo miglioramento si ha nelle sue immediate vicinanze. Per estendere l’effetto a tutto il campo visivo, i sistemi più svanzati fanno riferimento ad una stella guida artificiale creata con un laser da 20 kw di potenza che crea un punto luminoso per fluorescenza degli atomi di sodio dell’atmosfera a 90 km di altezza. Il maggior problema è che il percorso due vie del fascio laser cancella gli effetti della turbolenza che provocano il jitter dell’immagine, effetto che però è meno importante, il laser di potenza inoltre produce riscaldamento e microturbolenza vicina e per mnimizzarla è necessario refrigerarlo fortemente. Un’altra tecnica meno costosa di quella Shack-Hartmann, detta Curvature AO, crea due immagini della stella guida catturate una prima del fuoco del telescopio e l’altra dopo. Per effetto della turbolenza le due immagini hanno fra di loro gradienti di luminosità diverse e, paragonandole, il sistema estrae l’informazione di distorsione e la passa allo specchio deformabile; l'informazione è però fornita in termini di curvatura dello specchio e ciò richiede un numero inferiore di attuatori riducendo il costo a mezzo milione di US$ contro le diverse migliaia di US$ del sistema tradizionala. Al crescere del diametro del telescopio però il numero degli attuatori per la correzione aumenta con il quadrato e la potenza del computer con la quarta potenza e questo pone dei limiti. Nuovi studi si stanno facendo su un nuovo concetto detto di tomografia atmosferica nel quale vengono combinate le misure di 5 o più stelle guida per creare una rappresentazione 3D della turbolenza dei vari strati atmosferici. In tal modo si può calcolare la correzione necessaria per ogni punto del campo di vista del telescopio e non solo per le vicinanze della singola stella guida.
Science, 26 May 2000, Vol. 288, pg. 1310 - Andrew Lawler - Il National Research Council (NRC) sollecita il governo a destinare 4,7 miliardi di US$ entro il 2010 per una nuova generazione di osservatori a terra e nello spazio, molti in associazione con altri paesi. In prima fila fra le maggiori iniziative è il Next Generation Space Telescope (NGST) da 1,3 miliardi di US$ con uno specchio 4 volte più largo dell’attuale HST. Fra le iniziative di impegno moderato c’è il Gamma Ray Large Area Space Telescope, sforzo congiunto fra la NASA ed il DOE, con strumentazione 30 volte più sensibile di quella del Compton Gamma Ray Observatory che sarà messo fra breve fuori esercizio. Fra le missioni più modeste c’è il National Virtual Observatory che creerà una grande biblioteca di dati astronomici per promuovere un nuovo metodo di ricerca per gli astronomi e creare un potente mezzo di pubblica educazione. Non tutti sono soddisfatti delle proposte dopo che è stato escluso lo Space Ultraviolet Observatory perché la sua tecnologia non è stata ritenuta abbastanza avanzata.
Science, 16 Jun 2000, Vol. 288, pg. 1944 - Robert Irion - Lo scorso mese gli astronomi hanno dato al Next Generation Space Telescope (NGST) la massima priorità per i prossimi 10 anni, ma la NASA ha deciso ora di provare prima le tecnologie richieste in scala ridotta e questo rinvierà di un altro anno il lancio dell’intero telescopio, quindi al più presto nel 2009. Gli astronomi credono che lo NGST permetterà di spingere lo sguardo fino alla prima formazione delle galassie, il suo specchio sarà di 8 m, tre volte quello dello HST e potrà rivaleggiare con i più grandi telescopi sulla Terra. Poiché non si può spedire nello spazio uno specchio così grande in un solo pezzo, sarà costituito da più segmenti, il telescopio sarà poi posizionato nel punto lagrangiano L2 dello spazio a circa 1 milione di km dalla Terra fuori dalla portata delle missioni shuttle. Due team, uno della Lockheed Martin e l’altro della TRW/Ball Aerospace stanno sviluppando in competizione due proposte ed il progetto vincente sarà scelto alla fine del 2001. Il contrattore avrà 3 anni per preparare un prototipo da 200 milioni di US$ chiamato Nexus che riprodurrà tutte le tecnologie in scala 1/3 e verrà inviato nell’orbita stabilita. Il costo del Nexus rientrerà nel budget delle tecnologie e non comporterà un aumento sul costo complessivo del progetto di 1,3 miliardi di US$. Il Nexus avrà tre piccoli specchi che rientreranno in un diametro di 2,8 m, saranno leggeri e regolabili in modo da allinearsi in modo preciso ed il sistema meccanico dovrà operare a 50 K. Anche il sistema di puntamento dovrà essere estremamente preciso con un’accuratezza inferiore a un milionesimo di grado. Il Nexus proverà tutto il sistema per eliminare rischi e dubbi.
Science, 14 Jul 2000, Vol. 289, pg. 238 - Govert Schilling - Alex Szalay della John Hopkins University promette entro 5 anni di creare il National Virtual Observatory (NVO), una rete elettronica che darà accesso agli astronomi ai terabyte di dati astronomici permettendo una completa visione del cielo su 15 lunghezze d’onda. Sette anni fa quando Szalay e pochi colleghi ebbero la prima idea di un osservatorio virtuale, Internet era nella sua infanzia, ma già un gran numero di osservazioni sistematiche del cielo avevano accumulato una grande massa di dati, altri se ne prevedevano in breve e l’analisi dei dati via computer si era sviluppata in modo rapido. L’idea era giunta a maturazione e la National Academy of Science (NAS) nel suo ultimo rapporto di questa primavera ha giudicato l’osservatorio virtuale come il più importante fra i piccoli progetti per l’astronomia del prossimo decennio. Lo scopo del NVO è di mettere insieme i dati di una dozzina di osservatori raccolti in decine di anni su tutte le lunghezze d’onda, dalle radio onde ai raggi gamma e renderne possibile lo studio agli astronomi in modo integrato senza limitazioni di luogo e di tempo. Questo cambierà per sempre il modo di fare astronomia selezionando parti del cielo e caricando i dati grezzi in tutte le lunghezze d’onda per analizzarli insieme senza necessità di accesso diretto ai telescopi. L’esigenza si fa sentire per la crescita esponenziale dei dati raccolti dai rivelatori CCD che raddoppia ogni 20 mesi. Il progetto USA-Giappone dello Sloan Digital Sky Survey, che ha lo scopo di fare la mappa di 100 milioni di stelle, galassie a quasar in 5 diverse lunghezze d’onda, raccoglierà 40 terabyte di dati (per paragone le informazioni del genoma umano ammontano a soli 10 gigabyte cioè 0,01 terabyte). Tuttavia oggi non esistono infrastrutture per accedere ad alta velocità a questi dati. Un sistema capace di questi collegamenti costerà 100 milioni di US$ in 10 anni e la NASA e la NSF ne saranno probabilmente i finanziatori, già ci sono dei progetti pilota. Vi sono anche degli accordi internazionali, gli astronomi dello European Southern Observatory (ESO) lavorano ad un progetto simile e l’idea è di creare qualcosa di globale. Si tratta di iniziare con delle proposte, di produrre programmi software e creare interfaccia standard per l’impiego dei dati. Certo l’osservatorio virtuale non soppianterà i telescopi che continueranno a osservare fenomeni transitori come supernove, stelle variabili e asteroidi.
Science, 9 Feb 2001, Vol. 291, pg. 974 - Andrew Lawler - Un nuovo Larger Millimeter Telescope (LMT) è in costruzione nel Messico centrale a 5000 m di altezza. Opererà ad una lunghezza d’onda di 1 millimetro e costerà 80 milioni di US$, permettendo di raccogliere dati sulle più antiche galassie e molti altri oggetti dell’universo. Il lavoro per le fondazioni è iniziato lo scorso mese e ci si aspetta che il primo funzionamento (first light) avvenga entro il 2004. Una volta finito sarà il più grande telescopio del mondo in onde millimetriche. Per il momento si sono avute difficoltà per la strada di accesso al sito. Una strada provvisoria è stata completata, ma i lavori per quella definitiva sono stati bloccati a seguito delle alluvioni nello stato di Puebla che hanno distolto i fondi. Un’alternativa sarà di migliorare la strada provvisoria per consentire il trasporto dei pesanti carichi necessari alla costruzione del telescopio.
Science, 2 Nov 2001, Vol. 294, pg. 977 - Dennis Normile - Giappone e Corea si stanno accordando per creare in Asia una rete di radiotelescopi paragonabile a quelle degli USA e dell’Europa. Gli scienziati di ambedue le nazioni sperano di fare funzionare insieme una decina di parabole entro il 2005. La Corea ha attualmente un VLBI (Very Long Baseline Interferometry) che combina due o più antenne radio in un’unica immagine. Il VLBI USA combina 10 stazioni con baseline di 13000 km dalle Hawaii alle Virgin Islands ed il VLBI europeo combina 18 stazioni con baseline anche più grande. Il sistema previsto per l’Asia, anche se più piccolo, sarà ideale per indagare sui maser a monossido di silice, sorgenti di radiazioni coerenti prodotte quando l’energia di una stella in espansione eccita le molecole di monossido di silice nella nube che la circonda. La rete sarà composta da 4 antenne da 20 m distribuite nel Giappone e 3 antenne da 20 m che saranno completate in Corea, queste costeranno 16 milioni di US$ e potranno anche studiare i nuclei galattici attivi e le regioni di formazione di nuove stelle.
Science, 22 Feb 2002, Vol. 295, pg. 1448 - Andrew Lawler - Il prossimo mese lo Space Shuttle porterà allo Hubble Space Telescope (HST) una missione per riparazioni e migliorie, ma questa sarà la penultima missione perché la NASA ha nei suoi piani di spegnere definitivamente lo HST alla fine del decennio. Il Next Generation Space Telescope (NGST) sostituirà lo HST nel 2009, ma farà le sue osservazioni nel campo infrarosso abbandonando la banda ottica ed ultravioletta. La decisione di sopprimere lo HST è stata del precedente amministratore Dan Goldin ora sostituito da Sean O’Keefe ed i sostenitori dello HST hanno ancora qualche speranza. La prossima missione aggiungerà un nuovo strumento ed un nuovo array solare che, pur essendo più piccolo dell’attuale fornirà il 30% di energia in più. Il nuovo NGST, che sarà lanciato nel 2009 avrà uno specchio da 6 m per le lunghezze d’onda infrarosse, potrà osservare l’universo quando era fra un milione ed un miliardo di anni dopo il big bang, permetterà di studiare il mezzo intergalattico, misurare la distanza fra le galassie, identificare i pianeti extrasolari e capire l’evoluzione galattica. In campo infrarosso un telescopio spaziale è insostituibile perché queste lunghezze d’onda sono assorbite dall’atmosfera, invece per la bande ottiche ed ultraviolette i telescopi terrestri, con le nuove tecniche di ottica adattiva contro la turbolenza atmosferica, sono già competitivi nelle immagini se pure non su campo largo, infatti hanno specchi più grandi e sono meno costosi.
Science, 3 May 2002, Vol. 296, pg. 830 - Robert Irion - Entro il 2005 i radioastronomi avranno un cluster di 350 antenne paraboliche integrate per guardare nell’universo i segni della vita. Il progetto è chiamato Allen Telescope Array (ATA) di 26 milioni di US$ ed il concetto è di combinare numerosi ricevitori con elettronica a basso costo per scandire lo spazio elettronicamente. Questo è considerato il futuro della radioastronomia ed in 12-15 anni si dovrebbe raggiungere l’obiettivo dello Square Kilometer Array (SKA) antenna con una sensibilità 100 volte quella degli array esistenti, lo SKA permetterebbe inoltre di fare una mappa dei campi magnetici, di trovare migliaia di pulsar ed estendere la ricerca di vita intelligente (SETI) a decine di milioni di stelle; anche la NASA potrà utilizzarlo per le comunicazioni spaziali a lunga distanza. Il sistema potrebbe essere distribuito su distanze di 1000 km ed il suo costo sarebbe di circa un miliardo di US$. Attualmente il più grande sistema di radiotelescopi è il Very Large Array (VLA) a Socorro, New Mexico, formato da 27 antenne da 25 m di diametro, completato nel 1980 e non più aggiornato, con una tecnologia vecchia di 25 anni, ma con esso sono stati pubblicati lavori il cui numero è secondo solo a quelli dello Hubble Space Telescope. Lo SKA avrà una sensibilità pari a quella dei migliori telescopi ottici e nel fascio di 1 grado potrà scoprire 300000 sorgenti extragalattiche. Radioemissioni osservabili sono quelle del monossido di carbonio e di altre molecole delle galassie più antiche, nella nostra galassie si potranno trovare almeno 10000 pulsar, analizzarne la velocità di rotazione con un’accuratezza del milionesimo di secondo misurando fluttuazioni provocate da onde gravitazionali. Con lo SKA si potranno osservare i postbrillamenti (afterglow) dei lampi gamma (GRB) e nella ricerca di vita intelligente si potranno rivelare emissioni aliene di sistemi equivalenti radio o TV. Un altro progetto è il Low Frequency Array (LOFAR) su frequenze da 0,5 a 10 m formato da 10000 antenne a filo e rivelatori distribuiti su una larghezza di 400 km nel nord Europa, nel sud-ovest degli USA o nell’Australia occidentale. Il suo fascio largo permette di osservare tutto il cielo e la direzione di provenienza sarebbe determinabile da un processaggio dei dati. Questo progetto costerebbe 75 milioni di US$ in 5 anni, ma la sfida dello SKA è quella che ha fatto nascere il maggior numero di proposte. In Cina si pensa a 20 giganteschi riflettori, ciascuno di 500 m di diametro sospesi in depressioni naturali calcaree nella provincia di Guizhou, nella Cina centro meridionale, con pannelli retti da supporti idraulici per focalizzarli e ciascuno costerebbe 50 milioni di US$. Il Canada ha proposto una serie di pannelli riflettenti di 200 m di lato, con modesta curvatura e con il rivelatore retto da un aerostato la cui posizione può essere aggiustata con tiranti in modo da focalizzare anche parti diverse del cielo. L’Australia ha proposto un concetto tutto diverso usando un array di lenti di Luneburg sferiche, ciascuna di 6 m di diametro contenenti un polimero stratificato che rifrange le onde radio e le focalizza in un punto preciso opposto alla lente dipendente dalla direzione di provenienza dei segnali. I segnali sono raccolti da rivelatori distribuiti sulla superficie inferiore. Il progetto sarà discusso ad agosto in Olanda per scegliere il progetto, o un ibrido di due progetti a diverse lunghezze d’onda, ed uno o due siti da valutare in dettaglio nel 2005. La produzione in serie potrebbe iniziare nel 2010 e la “first light” si avrebbe nel 2015. I finanziamenti verrebbero da USA ed Europa, ciascuno per un 1/3, mentre l’ultimo terzo verrebbe da altri paesi.
Science, 20 Sep 2002, Vol. 297, pg. 1978 - Govert Schilling - La scorsa settimana la NASA ha annunziato che la TRW di Redondo Beach, in California, guiderà la costruzione del successore dello Hubble Space Telescope da 1,8 miliardi di US$. Ci sono contestazioni da parte dei competitori della TRW e sono iniziati delicati negoziati con l’ESA per definire la natura del contributo europeo stabilito al 15%. Il nuovo progetto è stato annunziato con il nome di James Webb Space Telescope (JWST) prima noto come Next Generation Space Telescope e sarà gestito dal Goddard Space Flight Center della NASA nel Maryland; il lancio avverrà nel 2010 e lo strumento verrà posizionato a 1,5 milioni di km dalla Terra opposto al Sole. Funzionerà nello spettro medio infrarosso e fornirà informazioni sulla prima storia dell’universo e sulla formazione delle galassie, delle stelle e dei pianeti. La TRW ha già costruito il Compton Gamma Ray Observatory lanciato nel 1991 ed il Chandra X-ray Observatory lanciato nel 1999 e per questo progetto costruirà un rivoluzionario riflettore, integrerà gli strumenti scientifici ed eseguirà le prove di prelancio ed in orbita. Il project manager Bernard Seery ha rifiutato di rivelare i dettagli su come la TRW abbia vinto il contratto di 824,8 milioni di US$, ma ha indicato come determinante il progetto di spiegamento del riflettore a segmenti. Il maggiore competitore, la Lockheed Martin Missile & Space in California, è rimasto contrariato e sorpreso per la decisione della NASA e si prevede una riunione fra le due società prima di una formale protesta. Circa i contatti con l’ESA, questa sperava di fornire il modulo principale, ma la NASA preferirebbe che l’ESA provvedesse al lancio usando l’Ariane 5. Per gli strumenti l’università dell’Arizona fornirà la telecamera nel vicino infrarosso, l’ESA lo spettrometro nel vicino infrarosso e ricercatori US ed europei collaboreranno per lo spettrometro nel medio infrarosso. James E. Webb (1906-1992), da cui ha preso il nome il progetto, ha avuto una posizione preminente nel Bureau of the Budget come l’attuale Amministratore Sean O’Keefe, che si dice sia stato l’ispiratore del nome, ed aveva guidato l’agenzia spaziale dal 1961 al 1968 nel periodo della conquista della Luna.
Science, 8 Nov 2002, Vol. 298, pg. 1151 - Robert Irion - Gli astronomi del California Institute of Technology (Caltech), in Pasadena, e quelli dell’università di California (UC) sperano di raccogliere denaro privato per costruire un telescopio con uno specchio di 30 m di diametro a segmenti esagonali che sarà 3 volte più grande di ciascuno dei due telescopi gemelli Keck delle Hawaii. Invece dei 36 specchi esagonali da 1,8 m del Keck, il nuovo telescopio, detto California Extremely Large Telescope (CELT), avrà 1080 specchi da 1 m di diametro molto più semplici da realizzare, pulire e maneggiare. Il telescopio sarà compensato per la turbolenza atmosferica in più punti diversi creando sullo strato di atomi di sodio a 90 km di quota delle stelle artificiali con fasci laser. Un terzo del budget di progetto è dedicato all’ottica adattiva che userà computer ultraveloci. Un punto ancora aperto è dove costruire l’osservatorio. Si stanno analizzando località del Cile del nord, sia sulla costa che sul deserto di Atacama; altri luoghi sono nel Messico del nord e nel sud-ovest degli USA. Per iniziare uno studio dettagliato del progetto sono necessari i primi 70 milioni di US$.
Science, 22 Aug 2003, Vol. 301, pg. 1029 - Robert Irion - Dopo 13 anni di vita lo Hubble Space Telescope (HST) ha bisogno di nuovi finanziamenti se lo si vuole tenere in funzione oltre il 2010. La scorsa settimana una commissione di scienziati ha chiesto alla NASA di prolungare la vita dello HST con due migliorie nei prossimi 7 anni. Questo richiederà altre missioni degli shuttle e per il momento è incerta la posizione della NASA sul futuro di questi voli. La NASA prevedeva un quinto intervento di servizio fra il 2005 ed il 20’6 e senza un sesto intervento la vita dello HST doveva cessare nel 2010. Gli spettacolari risultati ottenuti con l’ultima strumentazione installata nel 2002 hanno convinto gli astronomi che il venerabile telescopio ha ancora molto da offrire. L’estensione della sua vita però si sovrappone alla pianificazione del nuovo James Webb Space Telescope (JWST) che dovrà essere lanciato nel 2011 e che lavora nel pieno infrarosso. La nuova missione per lo HST dovrebbe costare 600 milioni di US$ per uomini e strumenti e da 300 a 600 milioni di US$ per lo shuttle, HST manterrebbe così la sua copertura nello spettro del visibile e del vicino infrarosso, ma per il momento la situazione rimane incerta.
Science, 19 Dec 2003, Vol. 302, pg. 2047 - Robert Irion - Dopo una lunga gestazione lo Space Infrared Telescope Facility (SIRTF) ha avuto il suo battesimo la scorsa settimana L’osservatorio costruito dalla NASA per 720 milioni di US$ ha sorpassato le aspettative riuscendo a vedere attraverso le polveri stellari una fabbrica di giovani stelle e pianeti nel modo più chiaro mai visto. Le immagini che vengono inviate a terra hanno dell’incredibile. La NASA ha rinominato il SIRTF Spitzer Space Telescope in onore dell’astrofisico Lyman Spitzer Jr (1914-1997), che per primo ha concepito l’idea di un grande telescopio in orbita. Fra le prime immagini rilasciate dalla NASA c’è quella attraverso una nuvola di gas e polveri della Via Lattea nella nebula chiamata IC1396. Nella luce visibile c’è solo una macchia oscura, nell’infrarosso si vedono brillare nidi di stelle nascenti. L’eccesso di emissione infrarossa è indice di un disco di polvere che orbita intorno ai centri. Si possono ora distinguere nelle galassie stelle vecchie e nuove e capire meglio come si formano i vari blocchi dell’universo. Lo Spitzer Space Telescope ha scoperto una galassia che contiene in abbondanza complesse molecole prebiotiche a una distanza di 3,25 miliardi di anni luce. Gli spettri nell’infrarosso indicano la presenza di ghiaccio d’acqua e di carbonio e di idrocarburi aromatici policiclici. Ci si aspetta di vedere questi composti anche più lontano nell’universo con esposizioni più lunghe. Tutte le parti critiche dl telescopio funzionano perfettamente. La cosa più importante è che la riserva di elio liquido che raffredda l’ottica a 5 gradi kelvin si consuma molto più lentamente del previsto e questo rende confidenti che la durata di 2,5 anni della missione possa estendersi a 4 e si potrebbe anche sperare in una vita di 6 anni. Un inconveniente è che i raggi cosmici provocano un maggiore rumore elettronico nella strumentazione a frequenza più bassa e si formano immagini fantasma in alcuni rivelatori. Per questo i controllori a Pasadena dovranno modificare alcuni programmi.
Science, 20 Feb 2004, Vol. 303, pg. 1133 - Richard A. Kerr - Il progetto Phoenix per la ricerca di vita intelligente non ha dato fino ad ora alcun risultato. Si sono ascoltate le bande radio da più di 700 stelle vicine simili al Sole con i più sensibili radio telescopi del mondo, ma come le altre potenti ricerche condotte nell’ultima decade sono state senza risultato. Le prime speranze sono così andate deluse, ma la comunità SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) non si è scoraggiata. I fisici sono convinti che c’è vita nella galassia ed il successo dovrà arrivare. Il SETI ha fatto un lungo cammino dalle sue umili origini; è sorto nel 1960 per iniziativa del radioastronomo Frank Drake con il progetto Ozma puntando un radiotelescopio con antenna da 26 m su due stelle vicine ed analizzando canali da 0,4 MHz alla volta, poi la NASA creò il SETI, ma il Congresso tagliò i finanziamenti. Dalle sue ceneri risorse il progetto Phoenix con finanziamenti privati di 4 milioni di US$ all’anno ed ha impiegato un gran numero di antenne ad alta sensibilità inclusa quella da 1000 m di Arecibo a Porto Rico. Si sono analizzate 710 stelle entro 150 anni luce dalla Terra e, con computer economici, ma veloci, contemporaneamente 70 milioni di canali e 1800 MHz di banda sopra quella delle trasmissioni FM. Si sarebbero dovuti sentire trasmettitori puntati verso di noi da 100 anni luce con una modesta potenza di 10 KW o più ed un’antenna delle dimensioni di Arecibo. Il risultato negativo dimostra che non ci sono molte civiltà che trasmettono su molte frequenze, almeno in tempi recenti. Altri gruppi privati indipendenti dal SETI Institute, successore del Phoenix, hanno scandito a largo raggio il cielo sperando in un segnale forte. Il SERENDIP (Search for Extraterrestrial Radio Emission from Nearby Developed Intelligent Populations) raccoglie una mezza dozzina di gruppi che sfruttano segnali ricevuti dai radioastronomi mentre scandiscono il cielo durante le loro normali attività e così sono state analizzate miliardi di radiosorgenti nella Via Lattea. Altri gruppi di ricerca sono META (Megachannel Extraterrestrial Assay) e BETA (Billion-channel Extraterrestrial Assay). Il BETA è capace di separare, come Phoenix, in tempo reale i veri segnali E.T. dalle interferenze terrestri cosa che SERENDIP non è in grado di fare. Negli ultimi anni si è cominciato a cercare anche nelle lunghezze d’onda ottiche supponendo che gli E.T. usino bande diverse dello spettro elettromagnetico. Il SETI Institute ha 3 antenne da 6 m a Montain View in California ed un set di 32 antenne identiche inizierà ad operare entro quest’anno; si prevede di arrivare a 350 antenne, un quarto dell’area di Arecibo. Sacrificando la sensibilità, le antenne multiple possono generare con il calcolo telescopi virtuali multipli per la ricerca simultanea in più direzioni e, data la riduzione dei costi di calcolo, ci si aspetta di raddoppiare la velocità di riconoscimento ogni 18 mesi. Nelle prossime due decadi si potranno analizzare così alcuni milioni di stelle e, se la galassia è popolata da solo 10000 civiltà avanzate, il successo è nelle previsioni.
Science, 18 Jun 2004, Vol. 304, pg. 1740 - Robert Irion - Sei mesi di osservazioni con il SIRTF (Space Infrared Telescope Facility), ora chiamato Spitzer Space Telescope, lanciato nell’agosto scorso dopo anni di ritardi e di revisioni, hanno sorpassato la maggior parte delle aspettative. Il telescopio sta cambiando la nostra percezione dell’universo con immagini vicine e lontane. Un gruppo di foto mostra la differenza fra come si vedono normalmente le galassie nell’ottico e come le vede Spitzer nell’infrarosso che fa risaltare gli anelli caldi di polveri dove nascono le nuove stelle. Alcune caratteristiche morfologiche delle galassie sono evidenti solo nell’infrarosso e lo Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) di Cambridge, Massachusetts, farà un survey di 100 galassie vicine che porterà alla revisione dello schema tracciato da Hubble 75 anni fa. Allo Spitzer Space Center (SSC) di Pasadena, guardando attraverso una zona povera di polveri della nostra galassia nel lontano cosmo, si sono osservate le calde polveri di giovani galassie che esistevano nell’universo di soli 2 miliardi di anni di età e la loro abbondanza suggerisce che la formazione delle prime galassie sia avvenuta molto presto. Un’altra ricerca ha riguardato oggetti entro il nostro sistema solare: asteroidi che reirradiano le radiazioni solari, 11 noti e 7 nuovi nel piano dell’eclittica, ma anche a 5 gradi sopra l’eclittica Spitzer ha identificato altri 4 asteroidi noti e 12 nuovi e ciò fa pensare che la popolazione degli asteroidi si estende anche oltre il piano dell’eclittica. Si ritiene che la missione dello Spitzer si estenderà fino al 2008 per il basso consumo di elio liquido necessario a mantenere la strumentazione a 5 K. Il solo problema è che allontanandosi dalla Terra aumenterà il tempo per comunicare e nel 2006 i disturbi potrebbero compromettere la programmazione delle osservazioni.
Science, 3 Sep 2004, Vol. 305, pg. 1393 - Daniel Clery - Nel 1912 il fisico austriaco Victor Hess osservò misteriose radiazioni che disturbavano gli esperimenti e molti pensarono che provenissero dai minerali radioattivi del suolo, ma inviando palloni a diversi chilometri di altezza Hess dimostrò che le radiazioni aumentavano e non diminuivano nemmeno durante la notte o durante le eclissi di Sole. Hess concluse che le radiazioni provenivano dallo spazio. In seguito Hess ottenne il premio Nobel per la scoperta dei raggi cosmici, ma dopo quasi un secolo gli astrofisici non sanno dove essi si formano nello spazio. La situazione ora potrebbe cambiare grazie a nuovi potenti telescopi progettati per rivelare radiazioni con altissime energie: raggi gamma con energie dell’ordine di 10E12 eV (TeV). A differenza degli ordinari telescopi i nuovi strumenti, noti come “imaging air Cerenkov telescopes”, usano un metodo indiretto osservando i lampi di luce visibile prodotti nell’alta atmosfera quando è colpita da un fotone gamma. I teorici pensano che molti di questi raggi gamma hanno un’origine comune ai raggi cosmici e si può così risalire alle loro sorgenti. La prima generazione di telescopi di Cerenkov ha già funzionato per due decenni, ma non ha ancora potuto provare che i raggi cosmici provengono la luoghi precisi. Ora i ricercatori si aspettano che la nuova generazione più potente di questi telescopi possa definire delle correlazioni. L’avanguardia sarà un array di 4 unità installato in Namibia chiamato High Energy Spectroscopic System (HESS) in onore del pioniere dei raggi cosmici, l’array ha cominciato a funzionare lo scorso gennaio e sarà inaugurato ufficialmente il 28 settembre. Un secondo array in Australia ha iniziato in marzo, un’unità singola alle isole Canarie si unirà in questo autunno ed un array installato negli USA è previsto nel 2006. La motivazione principale dello studio di raggi gamma con energie di TeV è quella di risalire all’origine dei raggi cosmici: pulsar, blazar e nuclei galattici attivi e perfino le sorgenti degli enigmatici gamma ray bursts e la materia oscura. I raggi cosmici sono costituiti da nuclei atomici, in maggioranza protoni che attraversano lo spazio a velocità prossime a quelle della luce prodotti da processi di alta energia. I teorici sospettano le supernove, ma non hanno prove conclusive. Il fatto è che queste particelle non possono individuare la loro provenienza essendo dotate di carica elettrica ed i campi magnetici interstellari modificano in modo imprevedibile la loro traiettoria ma, comunque si originano, lo stesso processo avrà come sottoprodotto raggi gamma da TeV che non vengono deviati dai campi magnetici e potranno individuare la comune sorgente. I raggi gamma però non possono penetrare l’atmosfera terrestre e gli astronomi li hanno osservati per la prima volta dallo spazio fra il 1991 ed il 2000 con il Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) della NASA che però non era sensibile ai fotoni da TeV. Gli astrofisici sono ricorsi ad un artificio rendendo l’atmosfera parte del rivelatore. Quando un raggio gamma o un raggio cosmico colpiscono l’atmosfera frantumano un atomo e questo altri ancora formando una cascata di particelle la cui velocità sarebbe inizialmente maggiore di quella della luce nell’aria per cui, frenando, emettono fotoni di luce blu noti come radiazione di Cerenkov. I ricercatori hanno scoperto la luce di Cerenkov negli anni ’50, ma solo negli anni ’80 hanno imparato a distinguere fra le cascate prodotte dai raggi gamma da quelle dei raggi cosmici che hanno forme leggermente diverse. Il primo strumento a catturare la radiazione di Cerenkov fu il telescopio Whipple, un disco ottico da 10 m di diametro sul Kitt Peak dell’Arizona che osservava l’alta atmosfera a circa 10 km di altezza. La luce ricevuta era però molto debole, 100 fotoni per metro quadro, ed il disco focalizzava il segnale su un array di fotomoltiplicatori capaci di rivelare il singolo fotone e creare un’immagine approssimata della cascata. Questa immagine permetteva di distinguere raggi gamma da raggi cosmici e calcolare la loro direzione di provenienza oltre alla loro energia dal numero di fotoni. Nel 1989 il telescopio Whipple riconobbe per primo una sorgente di questi raggi gamma nella Crab nebula, i resti di una supernova esplosa nel 1054. A metà degli anni ’90 venne il sistema europeo HEGRA (High-Energy Gamma Ray Astronomy) nell’isola di La Palma nelle Canarie con 5 telescopi Cerenkov in un quadrato da 100 m. L’array permette di produrre un’immagine 3D della cascata di particelle ed una migliore discriminazione fra raggi gamma e raggi cosmici. In passato si osservavano solo sorgenti da 18 e 19 TeV ora si può arrivare a sorgenti di 100 e più TeV includendo resti di supernove ed altri oggetti di galassie lontane. I ricercatori vogliono stabilire se sono le supernove a produrre i raggi cosmici. Quando la materia esplosa dalle supernove collide con il gas interstellare produce un’onda d’urto e particelle come i protoni sono trascinate da quest’onda come surfer formando i raggi cosmici, alcuni però, colpendo altri atomi del gas interstellare, creano dei pioni neutri che decadono in due raggi gamma da TeV. Raggi gamma simili sono anche prodotti da elettroni accelerati che incontrano fotoni a bassa energia, ma i due processi hanno una diversa distribuzione nei resti di supernove e si riconoscono in una mappa. Se le supernove non si confermano come sorgente dei raggi cosmici bisognerà ripensare al modello teorico. In ogni caso i telescopi Cerenkov forniranno altre sorprese specie nei nuclei galattici attivi che si crede abbiano enormi buchi neri in accrescimento. Questi buchi neri emettono getti di particelle a velocità relativistiche che producono raggi gamma. Un’altra interessate possibilità è quella di identificare la materia oscura che deve trovarsi al centro o nell’alone delle galassie. Quando particelle ed antiparticelle di materia oscura si annichiliscono generano raggi gamma da TeV che possono essere scoperti dai telescopi Cerenkov. Ancora non si sa cosa si potrà imparare dall’osservazione dei raggi gamma da TeV, ma bisognerà essere pronti a scoprire qualcosa.
Science, 25 Mar 2005, Vol. 307, pg. 1864 - Robert Irion - Gli astronomi degli Stati Uniti devono scegliere la nuova generazione di telescopi definendo una lista di priorità. Al primo posto sta James Webb Space Telescope (JWST) da 1,6 miliardi di US$, successore di Hubble Space Telescope. JWST ha il pieno supporto della NASA e sembra che sia in tempo per il lancio previsto alla fine del 2011. Meno certe sono le prospettive per la priorità numero due, un mastodontico strumento di terra a specchi multipli con dimensioni di 20-30 m, che dovrà sorpassare le prestazioni dei telescopi Keck delle Hawaii. Gli astronomi lo vogliono funzionante entro il 2015 per fare cruciali osservazioni simultanee con il JWST durante i suoi 10 anni di vita. Il JWST, con i suoi 6,5 m di diametro in una fredda orbita a 1,6 milioni di km dalla Terra, scruterà le radiazioni infrarosse nel fondo delle galassie e nel cuore delle nubi dove si formano le stelle. Un telescopio terrestre esaminerà gli stessi oggetti nel vicino infrarosso e nel visibile, ma con sensibilità 10 volte più grande perché il suo grande specchio raccoglierà più luce. Due team pensano a due soluzioni diverse, per questo strumento chiamato Giant Segmented Mirror Telescope (GSMT), e ciascuno è convinto della superiorità del suo approccio. Un consorzio formato da più di una mezza dozzina di istituzioni guidate dalla Carnegie Observatories propone 7 specchi da 8,4 m assiemati come un fiore. L’altro gruppo, formato dal California Institute of Technology, l’Università di California, il NOAO ed il Canada, vuole una soluzione maggiorata dei telescopi gemelli Keck con 36 specchi in honeycomb in una grande superficie composta da 800 a 1000 segmenti. Ambedue i progetti richiedono un’ottica flessibile veloce ed un array di laser puntati verso il cielo per rivelare e cancellare la turbolenza dell’atmosfera terrestre. La sfida tecnologica è difficile e l’obiettivo di prezzo è di 500 ed 800 milioni rispettivamente per le due soluzioni. Ambedue i team si aspettano che più della metà del denaro venga da università e donatori privati, ma anche così può non essere abbastanza. Idealmente questa collaborazione dovrebbe includere gli astronomi europei. Gli attuali piani dell’Europa chiedono un telescopio da 60 a 100 m di diametro che è anche più ambizioso. Con una collaborazione la comunità mondiale potrebbe aspirare a due telescopi da 30 m nei due emisferi. Il problema è il tempo, uno slittamento può portare il completamento del telescopio di terra verso la fine della limitata vita del JWST.
Science, 13 May 2005, Vol. 308, pg. 935 - Andrew Lawler - A fronte di un aumento di costi di un miliardo di US$, la scorsa settimana la NASA sta cercando una soluzione più economica per il James Webb Space Telescope (JWST) da 3,5 miliardi di US$, ma gli astronomi affermano che il tentativo di ridurre la complessità della sonda e dei suoi strumenti rappresenta il blocco della missione il cui lancio è previsto per il 2011 per sostituire lo Hubble Space Telescope. La crisi avviene ora che la decisione di non inviare una missione di servizio per Hubble sta per essere revocata da Michael Griffin e l’estensione delle vita di Hubble al prossimo decennio aumenta la pressione su una riduzione del progetto Webb che ha priorità massima nella comunità degli astronomi. Webb userà uno specchio da 6,5 m e quattro strumenti principali per osservare la porzione infrarossa dello spettro guardando indietro nel tempo alla formazione delle galassie, osservando le polveri interstellari ed i nuovi sistemi planetari e dare nuove informazioni sulla sfuggente natura della materia oscura. Il telescopio dovrebbe costare 309 milioni di US$ più della stima iniziale per gli impianti delle prove ed un altro incremento di 100 milioni è dovuto a modifiche tecniche. I costi di lancio non sono aumentati con l’offerta ESA di usare l’Ariane 5, ma vi sono costi aggiuntivi per adattare il Webb all’Ariane. Un ulteriore aumento di 100 milioni deriva dalle nuove regole dei progetti NASA di includere anche i costi associati. Il ritardo di un anno e l’aggiunta delle riserve porta l’aumento totale a circa un miliardo. Per ridurre i costi i manager della NASA hanno suggerito di tornare alla versione ridotta proposta negli anni ’90 con uno specchio di 4 m e ridotte prestazioni su certe frequenze. Come risultato, per raccogliere dati su alcuni oggetti, si impiegherebbe un tempo 25 volte superiore a quello dell’attuale progetto inoltre la vita operativa verrebbe dimezzata a 5 anni. Il team scientifico di JWST ha rigettato la proposta come inaccettabile. La NASA ha dato agli scienziati due settimane di tempo per trovare un’alternativa migliore e non sarà facile. Se non si potrà fare affluire più denaro al progetto, la missione verrebbe cancellata.
Science, 22 Jul 2005, Vol. 309, pg. 553 - Govert Schilling - Nella riunione tenuta in Olanda del 7 luglio scorso sul tema “Astronomy looks into the future” le autorità della EU si sono unite al coro dei ricercatori che chiedono alla comunità astronomica delle diverse nazioni europee di lavorare insieme a livello europeo. I ricercatori hanno esposto la loro grande visione: un enorme telescopio con uno specchio di 50-100 m di diametro da realizzarsi entro 10 anni. I ricercatori hanno presentato uno studio con le prestazioni dell’European Extremely Large Telescope (ELT), uno sforzo in parte europeo, ed hanno promesso di presentare entro 3 anni uno studio dettagliato con l’aiuto EU. L’Europa è già un leader nei sistemi ottici di terra e nell’astronomia infrarossa e vuole rimanerci. L’European Southern Observatory con telescopi all’avanguardia funziona in Cile. Alcuni astronomi pensano che l’Europa deve superare se stessa con l’ELT. Gli Stati Uniti si stanno muovendo dai telescopi da 10 m a quelli da 20-30 m e l’Europa non vuole essere lasciata indietro. La tecnologia di rivelatori è migliorata rapidamente nell’ultima decade ed ora c’è bisogno di un telescopio più grande per sfruttarla completamente. Un grande telescopio da 100 m con ottica adattiva, per compensare la turbolenza atmosferica, può rivelare stelle 5 trilioni di volte più deboli di quelle che si possono vedere ad occhio nudo ed avrebbe un potere risolutivo di un millesimo di arcosecondo capace di discernere un dime a 3500 km di distanza. Lo scopo principale di ELT sarebbero gli esopianeti, l’evoluzione galattica e la cosmologia. Il telescopio dovrebbe scoprire pianeti come la Terra che orbitano stelle alla distanza di 75 anni luce. Gli studi spettroscopici di tali pianeti potrebbero trovare segni di vita come un’atmosfera di ossigeno. Il telescopio sarebbe in grado di guardare abbastanza lontano, e quindi indietro nel tempo, da imparare molto sulle prime stelle e la misteriosa dark energy che accelera l’espansione cosmica. Gli astronomi USA non reagiscono e progettano di costruire telescopi da 30 m. I 50 o 100 m sono troppo impegnativi e potrebbero portare a scelte tecniche sfortunate per mancanza di esperienza su dimensioni intermedie. Per organizzare lo sforzo, nel 2004 la EU ha finanziato la creazione di OPTICON (Optical Infrared Coordination Network for Astronomy) con 47 gruppi in 19 paesi. Gli astronomi sembrano confidenti che l’ELT potrà essere costruito, il solo ESO dovrebbe essere capace di finanziare un telescopio da 40-60 m. Alla fine considerazioni di budget potrebbero costringere gli astronomi di ambedue i lati dell’Atlantico a lavorare insieme. Gli USA sarebbero molto interessati a partecipare ad uno sforzo globale per un telescopio da 50-100 m se si costruisce prima uno da 30 m, ma sembra che gli Europei non vogliano tornare indietro ai 30 m.
Science, 12 May 2006, Vol. 312, pg. 840 - Robert Irion - Nel progetto di un telescopio ideale gli astronomi desiderano avere una visione completa del cielo con un dettaglio pari a quello degli attuali migliori telescopi che però hanno un campo visivo limitato. Ora, su un vulcano spento delle Hawaii si sta realizzando una macchina che unisce il meglio di tutte le esigenze. Il Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, o Pan-STARRS, è un telescopio da 1,8 m di diametro che usa la più grande telecamera mai costruita con un nuovo sistema elettronico che corregge le distorsioni provocate dall’atmosfera e prende un’immagine, su un campo visivo 35 volte più largo di quello della Luna, in 30 sec, in modo da catturare l’intero cielo che si vede dalle Hawaii diverse volte al mese. Il Pan-STARRS vedrà migliaia di oggetti che cambiano o si muovono come le supernove, le stelle variabili e gli asteroidi e troverà gli asteroidi NEO (Near Earth Object) le cui orbite sono un pericolo per la Terra in modo 10 volte più efficiente di tutti gli attuali programmi di ricerca. Creerà inoltre il più dettagliato atlante del cielo con la posizione e luminosità di miliardi di stelle e di galassie. Quando il telescopio comincerà a funzionare all’inizio del 2007, fornirà ogni notte un flusso di dati di parecchi terabytes (milioni di megabyte), quanti solo i fisici delle particelle sono abituati a trattare, ma di cui gli astronomi non hanno esperienza. Il Pan-STARRS è il primo di una nuova generazione di telescopi di terra che digitalizzeranno il cielo in grande dettaglio. Dieci anni fa pensare di maneggiare una tale massa di dati sarebbe stato realizzabile, ma enormemente costoso. Oggi un disco con tale capacità di memoria è una cosa normale grazie all legge di Moore. Questo telescopio ha destato l’interesse della US Air Force per il suo sistema di sorveglianza satellitare che usa un telescopio da 3,67 m sul picco dell’isola di Maui delle Hawaii. L’Air Force ha previsto ad oggi 45 milioni di US$ ed altri 45 milioni nei prossimi 5 anni per il progetto e la costruzione di un Pan-STARRS 1 per sostituire quello attuale mentre altri 4 saranno installati a Mauna Kea. Il cuore del Pan-STARRS è la sua telecamera di 1,4 miliardi di pixel, 5 volte la più grande oggi in uso. Essa è fornita di un chip speciale che sente il jitter della luce delle stelle che attraversa l’atmosfera e la rimaneggia per compensarla 10 volte al secondo e questo è il maggiore progresso nella tecnica delle immagini. Grazie a questo chip il telescopio fornirà un’immagine perfettamente focalizzata su 7 gradi quadrati del cielo, anche senza gli specchi deformabili dell’ottica adattiva, ed il chip leggerà 3 gigabyte di dati in pochi secondi. Il Pan-STARRS registrerà le orbite del 90% dei NEO più grandi di 300 m e la metà di quelli da 140 m, verranno catalogati milioni di nuovi asteroidi e migliaia di corpi come le comete della fascia di Kuiper oltre Nettuno, ci si potrà dedicare alle supernove, ai gamma ray burst (GRB) ed ai lampi cosmici non identificati che interessano i cosmologi. In 3 anni di operazione il Pan-STARRS creerà una mappa dettagliata del cielo più ampia e precisa di quella dello Sloan Digital Sky Survey definendo la posizione delle stelle in modo 30 volte più accurato dei cataloghi attuali. Si potrà analizzare anche l’effetto di lente gravitazionale debole sulle lontane galassie prodotta dalla dark matter. Se il Pan-STARRS 1 inizierà presto e prendere immagini, non si sa quando gli altri 4 saranno installati. C’è un’opposizione dei nativi delle Hawaii alla moltiplicazione di questi sistemi nelle isole. Si spera che rimuovendo gli attuali telescopi da 2,2 m ed utilizzando edifici di più basso profilo la cosa diventi accettabile. Un problema di finanziamento viene dal nuovo sistema detto Large Synoptic Survey Telescope (LSST) da 8,4 m da montare in Cile o in Messico che ha una capacità sei volte maggiore, è più ambizioso ed è un progetto di alta priorità. Il Pan-STARRS non è scientificamente competitivo con LSST specie per quanto riguarda l’analisi di lente gravitazionale debole, e questa competizione potrebbe trasferirsi sui finanziamenti.
Science, 19 May 2006, Vol. 312, pg. 990 - Daniel Clery - Il più grande progetto di impianto astronomico di terra, L’Atacama Large Millimeter Array (ALMA) è di nuovo in corsa dopo due anni tumultuosi che hanno visto i costi esplodere e le capacità dell’enorme sistema ridursi. ALMA, ora con un budget complessivo intorno al miliardo di US$, è una collaborazione fra USA, l’European Southern Observatory (ESO) ed il Giappone, oltre a partner minori come il Canada e la Spagna. L’aumento dei costi è stato dovuto a quello delle infrastrutture ed al picco del costo del lavoro in Cile, dove deve essere costruito, e si è dovuto chiedere ai finanziatori altro denaro. L’ESO ha accettato la sua parte di sovracosto, ma si è dovuto attendere fino alla scorsa settimana prima che la National Science Foundation (NSF) USA si accordasse con il governo permettendo la maggiore spesa. ALMA è il risultato della fusione di tre progetti separati. Gli astronomi USA iniziarono la discussione su un Millimeter Array negli anni ’80. Il piano europeo per un Large Southern Array si è concretizzato circa dieci anni dopo. L’ESO ed il National Radio Astronomy Observatory (NRAO) USA, in Socorro, New Mexico, cominciarono a discutere la riunione dei due progetti nel 1997 e, nel giugno 1999 e si accordarono per costruire insieme uno strumento formato da 64 antenne da 12 m sparsi in un’area grande 12 km. Il progetto prese il nome dal deserto di Atacama nel Cile dove si era trovato un altopiano a 5000 m la cui altezza e aridità assicuravano la quasi assenza di vapore d’acqua che assorbe le lunghezze d’onda usate dal telescopio. I telescopi ad onde millimetriche sfruttano ormai tutti i progressi delle tecnologie digitali, dei ricevitori e delle antenne e, con l’utilizzo delle tecniche interferometriche, permettono di rivaleggiare con la risoluzione dei migliori strumenti ottici come Hubble ed il Very Large Telescope dell’ESO. Con le frequenze millimetriche e submillimetriche gli astronomi possono studiare le emissioni delle singole molecole, scrutare all’interno delle galassie la formazione delle stelle quando l’universo era giovane e vedere se a quel tempo si erano formate rapidamente o in un lungo periodo e se i dischi di gas e polveri, dove si formano i pianeti intorno alle giovani stelle, erano comuni o rari. Il Giappone, che aveva sviluppato un suo array millimetrico e submillimetrico, aderì al progetto nel 2001 e propose di costruire un sistema parallelo, detto Atacama Compact Array (ACA) formato da 4 antenne da 12 m e 12 antenne da 7 m. Questo sistema sarebbe adatto a vedere oggetti estesi e diffusi. Il Giappone fornisce anche i ricevitori per altre due bande sia per ACA che per l’array principale. Il programma agli inizi seguì la pianificazione. Le antenne prototipi furono ordinate una in Europa ed una negli USA ed i collaudi vennero eseguiti a Socorro. Alla fine del 2003 si cominciò poi a preparare il sito dove installare il sistema. I collaudi non convinsero e ne furono ordinati altri. Nel frattempo i costi delle infrastrutture crebbero oltre il previsto. L’offerta per le antenne definitive superò le previsioni e si decise di ridurre le antenne da 64 a 50 anche se il sistema sarebbe stato più lento e soggetto ad errori sistematici. Il Team nord-americano ordinò 25 antenne nel luglio 2005. Il consorzio europeo, guidato dalla compagnia franco-italiana Alcatel-Alenia, offrì un costo ridotto per le altre 25 antenne che vennero pure ordinate lo scorso dicembre. Questo comportava il raddoppio dei tecnici e delle parti di ricambio, ma in gennaio una revisione dei costi indicò che si rimaneva entro l’1%. Un altro problema venne dal boom economico del Cile ed il conseguente aumento del costo del lavoro specie in una zona disagiata come quella dell’altopiano a 5000 m. Ci si rese conto che i costi stimati all’inizio erano irrealistici e le assunzioni ottimistiche perché in realtà non si conosceva ciò che si doveva costruire, inoltre il doppio management separato dall’Atlantico creava difficoltà e non era chiaro chi doveva decidere. Fu creato così un ufficio di coordinamento centrale a Santiago in Cile. Il problema economico sembra ora risolto, ma i ricercatori non sono contenti della riduzione a 50 antenne e sperano ancora di tornare alla piena prestazione iniziale.
Science, 2 Jun 2006, Vol. 312, pg. 1305 - Daniel Clery - Gli astronomi cercano le più alte montagne per avere una migliore visione del cielo, ma altri ricercatori scendono nelle profondità del mare per rivelare non radionde, ma i neutrini generati nelle fornaci nucleari delle stelle e negli eventi più violenti dell’universo come le supernove. I neutrini interagiscono poco con la materia, circa 5*10E34 attraversano la Terra ogni giorno, ma qualcuno collide con un atomo e produce un breve lampo di luce. Nel buio profondo dei fondi marini dei sensibili rivelatori di luce sono in grado di rivelare questi lampi e calcolare la direzione di provenienza. L’astronomia dei neutrini è cominciata circa 40 anni fa per studiare i neutrini del Sole. I ricercatori costruirono le trappole dei neutrini come enormi contenitori riempiti di percloroetilene e posti nel fondo di miniere per schermarle dalle particelle di raggi cosmici; 20 anni dopo, quando diversi di questi rivelatori segnalarono contemporaneamente i neutrini che venivano dalla supernova 1987A, gli astronomi cominciarono ad essere coinvolti. I telescopi a neutrini usano ora l’acqua come mezzo di rivelazione. Quando un neutrino colpisce un nucleo, produce dei muoni che si muovono a velocità maggiore della luce nell’acqua e, rallentando, emettono dell’energia come radiazione detta di Cerenkov che viene rivelata da fotomoltiplicatori. I ricercatori USA cominciarono cercando di realizzare un rivelatore alle Hawaii con un array di fotomoltiplicatori sul fondo del mare, ma lo abbandonarono nel 1995 per le difficoltà incontrate. Hanno realizzato invece un telescopio chiamato Amanda sepolto nello spessore del ghiaccio in una base antartica della National Science Foundation. In due anni di funzionamento hanno rivelato migliaia di neutrini, ma i fisici credono che si sia trattato di sorgenti locali prodotti dai raggi cosmici che bombardano l’alta atmosfera della Terra e non provengono dallo spazio profondo. Un team russo-tedesco ha adottato invece un’altra soluzione utilizzando un lago ghiacciato della Siberia durante l’inverno ed inserendo lunghe file di rivelatori nel lago mediante buchi nel ghiaccio. Nel frattempo 3 team europei, uno francese, uno italiano ed uno greco, hanno insistito nell’utilizzare rivelatori nelle profondità marine. Il team francese è quello più avanti nella realizzazione di un osservatorio chiamato Antares al largo di Tolone. Il portavoce del progetto ritiene che, dopo il suo completamento nel 2007, potrà essere più fortunato di Amanda perché questo, trovandosi nell’Antartico, guarda fuori dalla galassia e le possibili sorgenti sono molto lontane. Un osservatorio nel Mediterraneo ha invece davanti tutta la nostra galassia incluso il centro. I telescopi di neutrini esistenti si basano sulle stime teoriche del numero di neutrini prodotti dalle varie sorgenti come supernove, lampi gamma e nuclei di galassie attive ed i ricercatori di Amanda ritengono che un rivelatore deve occupare un chilometro cubo di ghiaccio e per il momento essi hanno trivellato solo 9 su 70 fori per inserire i fotorivelatori; il progetto sarà completo nel 2011. I ricercatori europei hanno ancora alcuni anni e due anni fa hanno deciso di combinare i loro sforzi. All’inizio dell’anno hanno ricevuto 9 milioni di Euro dall’Unione Europea per uno studio di 3 anni sul progetto del Kilometre Cubed Neutrino Telescope (KM3NeT) che potrà costare 200 milioni di Euro e sarà completato nel 2013. Una volta costruito, il telescopio potrà permettere di scoprire che cosa succede nelle sorgenti energetiche dove si generano i raggi cosmici che sono ancora un mistero. Alcuni sperano di scoprire anche l’esotica materia oscura che costituisce circa un quarto della massa dell’universo e che si pensa si accumuli nei nuclei galattici. Quando queste particelle si annichilano, producono neutrini e, rivelandoli, si può avere una mappa della materia oscura.
Science, 11 Aug 2006, Vol. 313, pg. 756 - Mark Anderson - Robert Fesen, astronomo di Hanover, New Hampshire, propone alla NASA di considerare dei telescopi che stazionano nell’alta atmosfera in un sistema più leggero dell’aria e senza uomini a bordo. Questa soluzione potrebbe fare molto di quello che fa lo Hubble Space Telescope a solo una frazione del suo costo. Posto sopra il 95% dell’atmosfera, con un cielo sempre scuro anche di giorno, il telescopio potrebbe scandire il cielo con un’acuità limitata solo dalle dimensioni del suo specchio e dalla prontezza del suo sistema di puntamento. Il costo per unità sarebbe compreso fra 5 e 10 milioni di US$ e quindi compatibile con il budget di molte nazioni e consorzi scientifici. Questi osservatori su dirigibili, capaci di orientarsi in pochi minuti nel cielo, sarebbero adatti, ad esempio, per lo studio delle supernove riducendo i tempi di puntamento che oggi sono troppo lunghi con i sistemi di terra o spaziali. Nel decennio del 1860 furono fatti i primi studi meteorologici da bordo di un pallone, quasi un secolo dopo, da un pallone furono riprese immagini del Sole, dei pianeti esterni e dei nuclei galattici da 25 km di altezza e recentemente il pallone BOOMERANG ha raccolto dati astronomici e cosmologici, tuttavia nessun pallone o dirigibile è stato progettato per l’astronomia ottica in generale. Fesen prevede una struttura a catamarano con due palloni lunghi 120 m e larghi da 15 a 25 m che volano sopra l’oceano vicino l’equatore terrestre in modo da poter osservare ambedue le regioni nord e sud del cielo e non avere problemi da tifoni ed uragani che non attraversano mai l’equatore. L’altitudine ha anche i suoi problemi: le radiazioni ultraviolette possono danneggiare la copertura dei palloni e le perdite di gas possono limitarne la durata operativa. Il sistema potrebbe avere periodi di funzionamento continuo di 3-6 mesi e quindi ritornate al suo hangar per 1-2 mesi per manutenzioni e restauri. Il sistema deve stazionare ad una data latitudine e longitudine a 20-21 km di quota dove la velocità del vento tende ad essere minima. La US Missile Defence Agency ha finanziato la Lockheed-Martin con 149 milioni di US$ per sviluppare un dirigibile stratosferico senza equipaggio entro il 2010 da posizionare sopra il territorio nazionale dove sarà sottoposto a venti fino 190 km/ora. Se i militari ci riescono, un sistema astronomico all’equatore sarebbe un gioco. Per avere immagini nitide il telescopio dovrà compensare le inevitabili oscillazioni del dirigibile e stabilizzare l’immagine con una frequenza di 30 aggiustamenti al secondo; il problema ha avuto già delle soluzioni. Il peso per un telescopio da 1 m di diametro è stimato a 75 kg.
Science, 18 Aug 2006, Vol. 313, pg. 910 - Robert Koenig - Questa estate un gruppo di radio astronomi ha scelto quattro luoghi potenzialmente adatti per costruirvi il più grande radiotelescopio del mondo: l’International Square Kilometer Array (SKA). Il primo sito è un’arida distesa in Sud Africa, nel desertico Karoo, un altro, a 12000 km di distanza, è una pianura dell’Australia occidentale, il terzo si trova in Argentina in un altopiano elevato e secco, il quarto è annidato in un bacino naturale fra colline carsiche nella Cina sud-orientale. SKA sarà costituito da 4000 antenne riceventi disperse in un’area che si estende per migliaia di chilometri e sarà 100 volte più sensibile dei migliori radiotelescopi di oggi. Nella ricerca del luogo, la commissione ha dovuto badare ad una stabile ionosfera, condizioni meteorologiche costanti e buone infrastrutture. Requisito fondamentale è il silenzio radio e un impegno del governo a mantenerlo. L’obiettivo di prezzo è di un miliardo di US$, il progetto è iniziato da dieci anni e quello di massima è stato completato quest’anno, il completamento è previsto per il 2020. Nel progetto sono coinvolti più di 50 istituti in 17 paesi in un’ampia collaborazione. Lo scopo di SKA è la rivelazione di deboli segnali radio dell’universo che aiutino gli scienziati ad esaminare ciò che esisteva prima della nascita delle prime stelle e scoprire la natura della materia oscura e dell’energia oscura. Utilizzando le nuove tecnologie dei fasci orientabili elettronicamente, senza muovere le antenne, e della formazione di multifasci con l’uso di supercomputer si potranno osservare contemporaneamente molte regioni del cielo ed aumentare di ordini di grandezza la risoluzione in frequenza e la copertura del cielo nel tempo. La radioastronomia ha permesso negli ultimi anni eccezionali scoperte dal cosmic microwave background, alle pulsar, le quasar e la materia oscura nelle galassie. Osservando nell’universo primitivo, SKA permetterà di scoprire gli effetti dell’energia oscura nell’evoluzione della sua espansione. SKA permetterà inoltre di studiare fenomeni impossibili da osservare con i telescopi ottici e gli array millimetrici come ALMA. Esempi sono le nubi di idrogeno neutro, la diagnosi del giovane universo prima che si formassero le galassie e le emissioni sincrone, cioè le radiazioni emesse dagli elettroni quando vengono accelerati, indicazione di campi magnetici nello spazio. Il 4 luglio i rappresentanti delle quattro nazioni dei siti scelti presenteranno separatamente le loro proposte in una riunione a Cambridge, UK. Gli australiani affermano che il loro sito ha il più basso livello di interferenza radio (RFI). I Sudafricani presentano il loro sito come dotato di ottime condizioni RFI, eccellenti condizioni della ionosfera e della troposfera e forte supporto di infrastrutture da parte del governo. I Cinesi dicono che la loro offerta è forte perché, oltre al silenzio radio e la schermatura contro le interferenze radio, le depressioni carsiche permettono di costruire un piccolo numero di grandi antenne statiche che semplificano il processo di correlazione ed aiutano la calibrazione della rete. Gli Argentini offrono un sito su un arido altopiano, 1100 km da Buenos Aires, con una combinazione ottima dei fattori chiave. Nello stesso continente si trovano poi i più avanzati sistemi astronomici come ALMA, l’European Southern Observatory, con il Very Large Telescope, ed il telescopio Magellano da 6 metri. Ogni sito ha però i suoi lati negativi. Alcuni astronomi temono che la ionosfera sopra il sito argentino sia meno stabile che negli altri per effetto di fluttuazioni dette scintillazioni ionosferiche, anche se il sito si trova al limite dell’area. Il sito cinese, posto nell’emisfero nord limiterebbe la capacità di SKA di osservare la Via Lattea il cui centro è visibile dall’emisfero sud. Un altro possibile svantaggio è che il sito ha un clima umido non adatto alle osservazioni nelle frequenze più alte di 10 GHz. Anche le ragioni politiche possono avere influenza. Il Sud Africa ha buoni rapporti con tutti gli altri paesi africani vicini, ma si possono avere rischi politici ed economici per la posizione remota della stazione. Il sito australiano osserva una parte del cielo che non ha nulla in comune con quello dell’Europa ed implica costi di costruzione più elevati. Riguardo alle RFI, bisogna tenere basso il livello delle sorgenti dovuti a telefoni cellulari, trasmettitori TV, interferenze delle automobili e delle linee di trasmissione elettrica. Australia, Sud Africa ed Argentina hanno creato una riserva intorno ai loro siti. Anche la prossimità dei centri urbani è un problema ed un’analisi suggerisce che SKA stia almeno a 500 km dai maggiori centri; questo può essere un problema per il sito argentino per il quale questa distanza e di 100 km. Anche se i dettagli del progetto non possono essere stabiliti prima di fissare il sito, si sa che SKA avrà 4000, o più, piccole parabole da 10 m di diametro che operano alla frequenza da 1 a 25 GHz e degli array piani di rivelatori che si presenteranno come pannelli solari e che opereranno fra 100 MHz ed 1 GHz, tutti riuniti a formare un grande interferometro. La metà dei collettori sarà raccolta in un’area ampia 5 km ed il resto distribuito in parecchie migliaia di km. All’inizio del 2008, quando il sito sarà ormai scelto, comincerà il progetto di sistema mentre la costruzione del primo 10% dei collettori inizierà nel 2011. Si comincerà a raccogliere dati nel 2014 e sarà completamente operativo nel 2020. Lo schedule dipenderà dai finanziamenti. Il contributo più grande viene dall’Europa (10,4 milioni di Euro dall’Unione Europea e 28 milioni dalle agenzie nazionali). Il maggiore punto interrogativo viene dagli USA. La NSF non ha preso un impegno definitivo. Negli scorsi 4 anni la NSF ha dato 1,8 milioni di US$ per lo sviluppo tecnologico. Negli USA il team SKA si è impegnato con fondi delle università e della Microsoft Corp. il cui co-fondatore, Paul Allen ha promosso lo Allen Telescope Array (ATA) insieme all’Istituto SETI. L’hardware di signal processing sviluppato per l’ATA sarà importante anche per SKA. Nonostante le incertezze sui finanziamenti, i membri del team sono confidenti ed il problema non è se il progetto sarà finanziato ma quando.
Science, 16 Mar 2007, Vol. 315, pg. 1523 - Daniel Clery - Alcuni astronomi hanno scelto di costruire telescopi in luoghi idilliaci come Mauna Kea nelle Hawaii o nelle isole Canarie, ma quest’anno, alla fine dell’estate australe, 270 tonnellate di materiale sono state spedite al Polo Sud per assiemare un nuovo radiotelescopio da 10 m prima che l’inverno chiudesse i collegamenti. L’ambiente secco dell’Antartide è favorevole alle microonde ed all’astronomia nell’infrarosso per la completa assenza di vapore acqueo. Oltre al South Pole Telescope (SPT) si parla anche dell’Ice Cube, un gigantesco osservatorio per i neutrini. Dagli anni ’90 gli astrofisici hanno messo piede in Antartide per studiare il cosmic microwave background (CMB) radiation che proviene dal primo universo quando elettroni e protoni del plasma si sono combinati rendendo lo spazio trasparente. Il vapore acqueo che assorbe le microonde rende impossibile da terra l’osservazione del CMB e bisogna usare telescopi nello spazio; per primo fu il Cosmic Background Explorer satellite a rivelare il CMB. Poiché solo in Antartide l’umidità congela nell’aria, nel 2002 il Degree Angular Scale Interferometer, installato al Polo Sud scoprì la polarizzazione della radiazione CMB e poi anche il telescopio BOOMERANG su un pallone lanciato in Antartide negli anni 1998 e 2003, ha permesso di stimare la densità dell’universo e stabilire che la sua geometria è piatta, senza curvatura. L’ultimo strumento per il CMB è stato il QUaD, ma nel 2005 è rimasto senza elio liquido per il raffreddamento del rivelatore e non c’era possibilità di rifornimento, essendo inverno. L’ultimo arrivo è il BICEP (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) progettato per scoprire i deboli vortici della polarizzazione lasciati dalle onde gravitazionali durante la fase di inflazione verificatasi dopo il big bang. Con l’installazione dello SPT da 10 m, si potrà indagare sulla natura della misteriosa energia oscura che accelera l’espansione dell’universo. SPT studierà l’evoluzione dei cluster di galassie nella storia dell’universo. Poiché l’energia oscura tende ad allontanare ogni cosa, impedisce l’accrescimento delle galassie e così, studiando come si sono sviluppati i cluster, si potrà studiare la natura dell’energia oscura. Si può anche scoprire quale traccia abbia lasciato l’energia oscura sul CMB mentre attraversava lo spazio. L’assiemaggio dello strumento ha richiesto 3 stagioni. Dopo aver finito la costruzione in gennaio, i membri del team sono tornati a Chicago da dove hanno controllato il funzionamento. La first light si è avuta il 16 febbraio ed i primi risultati si avranno durante il prossimo inverno australe. Lo SPT è stata un’impresa rapida se paragonata all’Ice Cube che sarà il più grande rivelatore di neutrini. La rivelazione di queste particelle senza massa, che si muovono a velocità vicine a quella della luce ed attraversano la materia a miliardi interagendo pochissimo, si fa sorvegliando grandi volumi di acqua o ghiaccio. Quando un neutrino colpisce un nucleo e strappa una particella subatomica, questa emette un lampo che si propaga in un cono il cui orientamento rivela la direzione di provenienza del neutrino rendendo possibile determinarne la sorgente. Si stima che è necessario un chilometro cubo di acqua per determinare la direzione. Un team europeo ha pianificato un sistema di rivelatori in linea ancorati sul fondo del Mediterraneo. Il sistema USA impiega il ghiaccio dell’Antartide disponendo i rivelatori in linea in trivellazioni profonde 2,5 km che richiedono 48 ore di lavoro ciascuna. Due anni fa è stata fatta la prima perforazione, nella stagione 2005-2006 sono stati inseriti 13 rivelatori e da oggi si faranno 14 fori per stagione per complessivi 70. Nell’ambito dell’International Polar Year (IPY) il team Australiano pianifica di installare un telescopio da 2 m, detto PILOT, nella base franco-italiana Concordia le cui immagini avranno una qualità simile a quella dello Hubble Space Telescope. Per il futuro un altro piano più ambizioso è quello di installare un telescopio da 15 m con uno specchio fatto da molti piccoli segmenti per ridurre pesi e costi.
Science, 13 Jul 2007, Vol. 317, pg. 178 - Adrian Cho - Quando dieci anni fa i fisici giapponesi riferirono di aver osservato raggi cosmici con un’energia più grande di quanto previsto, alcuni teorici la interpretarono come indice di nuove particelle esotiche, forse relitti supermassivi del big bang, parte della misteriosa materia oscura che tiene insieme le galassie. Sembra invece che questo eccesso di energia abbia una spiegazione più semplice: usando un array di rivelatori più ampio, non esiste. Questa conclusione, riferita la scorsa settimana, può essere il risultato più importante del Pierre Auger Observatory distribuito sulla Pampa Amarilla nell’Argentina occidentale. Rimangono però ancora molti misteri. Auger ed altri array scoprono ancora alcuni raggi cosmici di alta energia che i fisici non sanno dove e come possa essere acquisita nell’universo, almeno però i ricercatori sanno che la spiegazione viene trasferita dalle particelle esotiche alla fisica delle stelle e delle galassie. La controversia è di diversi anni fa. Dal 1990 al 2004 i fisici dell’Ageno Giant Air Shower Array (AGASA), ad ovest di Tokyo, hanno osservato dozzine di particelle con energie di 100 exa-elettronivolt (EeV), circa 100 milioni di volte l’energia prodotta da qualsiasi acceleratore. Poiché i fisici credono che i raggi cosmici acquistano energia girando nei campi magnetici e non ne esistono di così intensi da giustificare tali energie, si suppose di conseguenza che questa energia provenisse dal decadimento di particelle supermassive. Nel decennio del 1960 erano stati predetti i limiti di energia. Se un protone avesse avuto un’energia maggiore di 40 EeV avrebbe interagito con i fotoni del big bang, nel cosmic microwave background, e la sua energia sarebbe stata limitata a questo livello, detto di “GZK cutoff”, entro una distanza di 300 milioni di anni luce, in caso contrario dovevano provenire da distanze più vicine. I ricercatori di AGASA hanno osservato 11 raggi con energie superiori a 100 EeV ed i fisici dello High-Resolution Fly’s Eye (Hi-Res) detector della US Army solamente una coppia, ma i due rivelatori sono molto diversi. Quando un raggio cosmico colpisce l’atmosfera provoca una cascata di miliardi di particelle. L’AGASA usa 111 rivelatori distribuiti su 100 kmq di terreno per misurarne l’energia, al contrario lo Hi-Res usa batterie di telescopi speciali per rivelare i lampi di luce (fluorescenze) prodotti dalla collisione delle particelle con le molecole di azoto. L’array di Auger usa ambedue le tecniche coprendo 3000 kmq con più di 1300 rivelatori di superficie e 24 telescopi di fluorescenza raggruppati in 4 batterie e, se l’AGASA fosse stato corretto, avrebbe dovuto osservare una trentina di eventi mentre ne ha osservato solo due. I dati indicano inoltre che solo pochi dei raggi più energetici sono fotoni che possono essere prodotti dal decadimento di particelle supermassive. Dovrebbe essere necessario costruire un array più grande e si spera di realizzarlo nell’emisfero nord. Questo potrebbe essere il Telescope Array proposto nell’Utah, 3-8 volte più grande dell’Auger. Si sa ora che oltre il GZK cutoff ci sono dieci volte meno raggi cosmici di quanto prima si pensasse e quindi sarebbe necessario un rivelatore 10 volte maggiore dell’Auger. Si deve scoprire se i raggi provengono da particolari direzioni dello spazio ed una mappatura del cielo richiederà un decennio.
Science, 5 Oct 2007, Vol. 318, pg. 35 - Daniel Clery - Gli astronomi europei, che sono riconosciuti essere all’avanguardia della strumentazione ottica con il Very Large Telescope (VLT) in Cile, hanno in previsione diversi altri ambiziosi progetti. La scorsa settimana, dopo un processo di consultazione che ha messo insieme i ricercatori europei di tutte le branche dell’astronomia, si sono trovati riuniti in una nuova associazione, l’Astronet, che coordinerà gli obiettivi del continente per i prossimi 10-20 anni. La Astronet Science Vision pone quattro domande fondamentali. 1) Si comprendono i confini dell’universo (inclusi materia oscura, energia oscura, regioni ad alta gravità e sorgenti di raggi cosmici ad alta energia)? 2) Come siamo preparati a questo (comprendendo l’eliosfera, le interazioni Terra-Sole, i corpi minori e le atmosfere planetarie)? 3) Come si formano ed evolvono le galassie e come si formano le nubi di polveri fra stelle e pianeti? 4) Qual’è l’origine e l’evoluzione delle stelle e dei pianeti? Il documento di Astronet propone anche una lista di strumenti in pianificazione e di missioni spaziali per rispondere ai problemi posti e preventiva un costo di diversi miliardi di euri nelle prossime due decadi, ma avverte che si tratta solo di una lista di desideri. Queste scelte fanno parte del percorso di un team di lavoro (roadmap) che nel prossimo anno stabilirà una temporizzazione ed una stima dei costi realistica, con la supervisione delle agenzie di finanziamento che sponsorizzano il progetto. In passato la comunità astronomica europea è stata frammentata. Gli astronomi ottici hanno lavorato insieme nell’European Southern Observatory (ESO), l’European Space Agency ha gestito le missioni spaziali e le Agenzie di ricerca nazionali hanno finanziato gli enti ed i programmi dei propri astronomi. Gli Europei hanno guardato con invidia i loro colleghi americani che pianificano programmi decennali con lo US National Research Council. Un piano simile fu discusso in Europa dieci anni fa, ma solo nel 2005 un gruppo di agenzie per il finanziamento dell’astronomia ha creato Astronet ed ha chiesto agli astronomi di organizzarsi. Vi sono poi importanti diversità nel processo di pianificazione fra Europei ed Americani. Astronet è stata creata dalle agenzie di finanziamento, che sono 17, e non dalla comunità dei ricercatori, questo le impegna, ma senza garanzie. Astronet si consulterà poi con la comunità scientifica per le priorità ed un’altra commissione stenderà un programma realistico. Lo scorso mese la commissione di Science Vision, coordinata dal direttore dell’ESO, ha emesso un rapporto e tutti hanno imparato a pensare in modo strategico. Il prossimo giugno ci sarà un simposio a Liverpool e finalmente si passerà ai maggiori dettagli dei costi, tempi, organizzazione, ricerca e sviluppo e coinvolgimento delle industrie. Di fronte alla situazione degli astronomi americani che oggi hanno un bilancio compresso, gli Europei hanno motivo di essere ottimisti, ma devono pensare in grande ed a lungo termine.
Science, 9 Nov 2007, Vol. 318, pg. 938 - Pierre Auger Observatory - I raggi cosmici sono particelle e nuclei che bombardano la Terra da tutte le direzioni dello spazio ed alcuni hanno energie sbalorditive, oltre i 100 EeV (1 EeV = 1 exa eV = 10E18 eV), un ordine di grandezza che eccede ogni futura capacità degli acceleratori di particelle umani. Queste energie possono provenire dalle regioni più violente dell’universo, forse dai nuclei galattici attivi (AGN) che contengono enormi buchi neri alimentati dai gas e dalle stelle ed emettono getti di plasma nello spazio intergalattico. I raggi cosmici più intensi, propagandosi, interagiscono fortemente con la radiazione di fondo cosmica e perdono energia (effetto GZK dagli scienziati Greisen, Zatsepin e Kuzmin) per cui possono solo percorrere distanze limitate ed anche la loro sopravvivenza è una stranezza. In conclusione non sappiamo che cosa sono, da dove vengono e come sono arrivati fino a noi. I raggi cosmici più intensi sono così rari che negli ultimi 50 anni sono state rivelate solo poche particelle da 100 EeV ed il loro flusso è valutato a poche unità per kmq e per millennio. Per la loro diretta rivelazione sono stati creati strumenti con enormi aree di raccolta delle cascate di particelle secondarie prodotte dal loro impatto con l’atmosfera. L’Osservatorio Pierre Auger, che si stende per 3000 kmq nell’Argentina dell’ovest, misura la cascata di particelle con 1600 rivelatori distanziati da 1,5 km e contano i brevi lampi di luce emessi dalle molecole di azoto stimolate dal loro passaggio. La direzione di provenienza dei raggi è ricostruita con buona precisione (circa 1°) dai rivelatori di terra. La maggioranza dei raggi cosmici è dotata di carica elettrica e quindi le loro traiettorie sono deviate dai campi magnetici dello spazio, tuttavia, per energie sopra alcune decine di EeV, le deflessioni sono limitate ed è possibile l’identificazione delle sorgenti. Dal 2004 l’Osservatorio Auger ha raccolto milioni di eventi di raggi cosmici e circa 80 hanno energie superiori a 40 EeV, valori per cui comincia l’effetto di soppressione GZK. Si sono esaminati prima i dati precedenti a giugno 2006, verificando la correlazione fra direzioni di arrivo e la posizione di AGN noti. Si è trovata una forte associazione fra le direzioni di AGN vicini e la direzione dei raggi cosmici. Su 15 eventi con energia superiore a 60 EeV, 12 si posizionano entro 3,1° da un AGN distante dalla Terra meno di 75 Mps (circa 250 milioni di anni luce). Anche i dati più recenti, fino ad agosto 2007, confermano questa correlazione. Bisogna osservare che il catalogo degli AGN è incompleto specie nella direzione del piano ricco di polveri della nostra galassie ed oltre i 300 milioni di anni luce. Tutti i risultati suggeriscono che gli AGN rimangono i principali candidati.
Science, 7 Mar 2008, Vol. 319, pg. 1326 - Richard Stone - Circa 100 km a nord-est di Nanjing, in Cina, il nuovo telescopio da 1 metro, Xu Yi, segue di notte alcune dozzine di asteroidi e, da quando ha iniziato a funzionare all’inizio dello scorso anno, il team di Zhao ha scoperto più di 300 asteroidi, incluso un near-Earth object (NEO) che potrebbe collidere con il nostro pianeta. I cacciatori di asteroidi cinesi sono gli ultimi a partecipare allo sforzo per creare un catalogo dei NEO, i corpi celesti potenzialmente pericolosi che passano entro 0,05 unità astronomiche, cioè 7,5 milioni di km, dalla Terra. La minaccia più vicina potrebbe essere Apophis, un asteroide delle dimensioni di un campo sportivo che ha messo in allarme la Terra per alcuni giorni nel dicembre 2004 quando i calcoli hanno previsto una probabilità di impatto di 1/37 per il 2029. Nell’aprile 2029 Apophis passerà a 36350 km dalla Terra, la distanza di un satellite geostazionario. Se passerà in un corridoio estremamente preciso dove la forza gravitazionale gli darebbe una spinta, assumerà una traiettoria che 7 anni più tardi, il 13 aprile 2036 domenica di Pasqua, lo porterà a collidere. C’è una probabilità di uno su 45000 che ciò accada e dozzine di fattori possono influenzare l’orbita. I ricercatori avranno un’altra occasione per affinare i calcoli al prossimo avvicinamento di Apophis, nel 2012. Per questa data un nuovo potente telescopio per rivelare asteroidi e comete, il Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS), che comincerà a funzionare la prossima estate, avrà scoperto migliaia di nuovi NEO. Un progetto ancora più grande è il Large Synoptic Survey Telescope (LSST) che ci si aspetta entri in funzione nel 2014. Attualmente ci sono 168 NEO che hanno una probabilità di colpire la Terra entro il prossimo secolo. Ulteriori osservazioni potranno affinare le orbite ed escludere la maggior parte delle minacce e gli astronomi discutono se rendere pubbliche tutte queste minacce e ridurre i falsi allarmi. Alla fine potrebbe arrivare un asteroide che ci costringa a prendere la prima decisione per la sua interdizione. Gli esperti dicono che abbiamo i mezzi per alterare le orbite e deflettere un asteroide, ma per il momento non c’è un’agenzia nel mondo che abbia avuto l’incarico di proteggere la Terra dall’impatto dei NEO. Come tutti i disastri naturali, un impatto succede periodicamente, ma i grandi impatti sono così rari che è difficile prevederli. Circa ogni 100 milioni di anni un asteroide o una cometa di alcuni km di diametro può colpire la Terra, come quello che ha spazzato i dinosauri 65 milioni di anni fa. Il maggiore pericolo può venire da una cometa di lungo periodo non ancora osservata che può comparire all’improvviso. Asteroidi di decine di centinaia di metri di diametro sono molto più numerosi, fino a 3 milioni, ed incrociano la Terra più di frequente. Il Meteor Crater nel nord dell’Arizona fu prodotto da un corpo largo 50 m, composto di ferro e nichel, ed è caduto 50000 anni fa. Nel 1908 una palla di fuoco ha distrutto in Siberia 2100 kmq di taiga nella regione di Tunguska e molti esperti dicono che si trattava di un modesto asteroide che è esploso in aria. Una recente simulazione ha ridimensionato le dimensioni portandole a poche dozzine di metri frammentate dall’esplosione che ha avuto una potenza di 3-5 megatoni. Con queste dimensioni la frequenza di impatti come quello di Tunguska può essere ogni duecento anni invece che ogni duemila anni. Per anni la minaccia di un impatto è stata a lungo ignorata. Il 22 marzo 1986 un asteroide, chiamato Asclepius, di parecchie centinaia di metri di diametro è passato ad una distanza due volte quella della Luna e gli astronomi lo videro dopo che era passato. Dopo Asclepius il Congresso USA ordinò alla NASA di controllare almeno il 90% dei NEO con più di 1 km di diametro e la NASA lanciò lo Spaceguard Survey che ad oggi ha identificato 700 dei circa 1000 NEO di questa categoria. Nel 2002 il Congresso ha chiesto di estendere, entro il 2020, la ricerca al 90% dei NEO di almeno140 m di diametro, ma le incertezze ed i rischi sono molto grandi. Il Pan-STARRS, installato a Mauni Island, nelle Hawaii, ha una macchina da ripresa con charge coupled devices da 1,4 miliardi di pixel, la più alta del mondo, ed acquisisce un’immagine ogni 30 secondi. Oltre agli asteroidi mapperà la Via Lattea ed osserverà i lontani quasar. Per i NEO sarà 10 volte più efficace di tutti gli altri sistemi. Il sistema LSST avrà poi una potenza 24 volte superiore al Pan-STARRS, la costruzione comincerà nel 2011 sul Cherro Pachon, in Cile, e fra i sui obiettivi è lo studio dell’energia e della materia oscura e la mappa della Via Lattea. Quando completato, coprirà l’intero cielo ogni 4 notti con una macchina da ripresa da 3,2 miliardi di pixel. In 10 anni di operazione avrà acquisito le orbite dell’82% dei NEO potenzialmente pericolosi più grandi di 140 m. I fondi non sono ancora sicuri e verranno per la maggior parte dalla National Science Foundation (NSF). Nel giugno 2004 David Tholen al Kitt Peak National Observatory, vicino Tucson in Arizona, con due collaboratori fece la prima scoperta di Apophis e questo dimostrò che si conosceva ben poco dello spazio intorno alla Terra. Quando sarà di nuovo visibile nel 2012, il radar dell’Osservatorio di Arecibo sarà spento da un anno per i tagli al budget, ma le misure ottiche saranno sufficienti a definire il rischio di impatto. La NASA non ha piani per mandare una sonda e l’ESA che ha studiato la missione Don Quijote da 150 milioni per un rendezvous con Apophis, la tiene sospesa per altre priorità. Se le previsioni dessero un rischio di uno su mille nel 2036 questo sarebbe basso, ma le conseguenze nel caso di impatto sarebbero disastrose; è noto il corridoio di caduta, ma chi dovrebbe pagare per una missione di deflessione? L’Associazione degli Space Explorers con base ad Huston, in Texas, sta preparando un NEO Deflection Decision Protocol da presentare alla Commissione delle NU. I leader politici non si muoveranno se l’impatto non diviene reale. Gli asteroidi però provocano caos anche senza colpire la Terra. I satelliti militari ogni anno rivelano esplosioni da un kiloton nell’alta atmosfera prodotti dagli asteroidi e, con frequenza più bassa, esplosioni da 10 kiloton. Il 6 giugno 2002 si è avuta un’esplosione da 25 kiloton sopra il Mediterraneo. Ci sono zone calde del mondo dove un fatto del genere provocherebbe tensioni pericolose. Molti vogliono dare pubblicità ai NEO. La gente non ama i segreti e quando si rivelano non sa se credere o sospettare cose peggiori.
Science, 5 Dec 2008, Vol. 322, pg. 1446 - Dennis Normile - Gli astronomi della Corea del Sud e dell’Asia offriranno una nuova visione del cielo con una radioantenna da 21 m sulla cima di una collina come parte di un Very Long Base Interferometer (VLBI) array completato questa settimana. Collegati agli array del Giappone e della Cina, i tre strumenti della Corea completeranno la rete più grande di questo tipo che comprende 19 antenne disperse su 6000 km da Urumqi nel nordovest della Cina alla remota isola giapponese di Ogasawara e da Hokkaido a Kunming nella Cina sudoccidentale. Rivale delle reti USA ed europea (rispettivamente di 10 e 8 strumenti), il VLBI dell’Asia dell’est metterà gli astronomi asiatici all’avanguardia nella mappatura delle stelle della galassia e nello studio dei nuclei galattici attivi e di altri oggetti esotici. I tre array nazionali asiatici sono stati costruiti indipendentemente, ma lavorano insieme. Il Giappone ha messo online nel 2004 la sua rete VLBI Exploration Radio Astronomy (VERA) di 4 antenne da 20 m. Lo scopo principale era quello di costruire una precisa mappa tridimensionale della Via Lattea. Per alcune osservazioni la potenza di VERA può essere aumentata con gli 8 radiotelescopi del Giappone. Nel 2006 la Cina ha costruito un telescopio da 50 m a Beijing ed un’antenna da 40 m a Kunming ad integrazione degli esistenti telescopi da 25 m di Shanghai ed Urumqi per inseguire il veicolo spaziale Chang’e-1 attualmente in orbita intorno alla Luna. Il 2 di dicembre la Corea ha completato la costruzione dell’ultimo dei tre telescopi da 21 m della sua Korean VLBI Network (KVN). L’idea di unire gli sforzi è cresciuta durante le riunioni triennali di Astronomia dei paesi asiatici dell’est che riuniscono ricercatori di Cina, Taiwan, Corea e Giappone (Taiwan non ha radioantenne). Si è compreso che è tempo di coordinare gli sforzi. Il primo scopo è stato di estendere e perfezionare lo sforzo della mappa della Via Lattea. VERA ha già raggiunto dei risultati ed integrandosi con KVN si può raddoppiare l’accuratezza. Si vuole raggiungere il 10% di accuratezza nella localizzazione di ciascuna stella. Plottando l’evoluzione del movimento delle stelle si potrà scoprire con precisione la dinamica della galassia. La precisione dipende dalla tecnica nota come referenza di fase per correggere le distorsioni dell’atmosfera, ma le due nuove reti giapponese e coreana hanno schemi diversi. La giapponese si basa sull’osservazione simultanea di due oggetti diversi, uno dei quali è la referenza ben caratterizzata, ed i dati sono corretti basandosi sulla distorsione della referenza. Il sistema coreano osserva l’oggetto su 4 frequenze: 22, 43, 86 e 129 gigahertz, cosa che gli altri sistemi non possono fare. Le alte frequenze sono più sensibili alle distorsioni dell’atmosfera e quindi le basse frequenze sono usate per la correzione. In principio le due tecniche possono essere combinate, ma bisogna dimostrare che può essere fatto. Un primo tentativo di combinazione è stato fatto alla fine di ottobre. Il risultato è un po’ rumoroso ma tecnicamente positivo. Il secondo obiettivo è di studiare i nuclei galattici attivi (AGN), buchi neri supermassivi con dischi di accrescimento e getti di materia eiettati a velocità relativistiche. Si crede che gli AGN si trovano al centro di molte galassie. Vi sono molte predizioni teoriche su queste strutture e sui fenomeni associati che sono ancora insolute. Le osservazioni di KVN su 4 frequenze che catturano le energie emesse su 4 lunghezze d’onda sono importanti per capire i fenomeni transitori come burst e flares. Anche se la rete coreana è completa c’è ancora molto lavoro da fare. Per combinare i dati dei due array nazionali, Giappone e Corea costruiranno un correlatore con un computer specializzato a Seul, in Corea. Per il momento la priorità della Cina per i suoi telescopi è l’inseguimento di Chang’e-1. Le osservazioni congiunte fra le reti VLBI dell’Asia dell’est inizieranno nel 2010.
Science, 16 Jan 2009, Vol. 323, pg. 334 - Adrian Cho and Daniel Clery - L’Astronomia rimane la più democratica delle scienze, forse la sola dove un amatore può ancora fare delle scoperte. Nell’agosto 2007, Hanny van Arkel, insegnante della scuola primaria di Heerlen, in Olanda, osservò una strana luce blu nel cielo. Questo fantasma intergalattico si rivelò essere un’enorme nube di gas che rifletteva la luce di un quasar, ora morto, in una vicina galassia creando una eco di luce, mai vista prima di adesso. La scoperta diede alla van Arkel un momento di fama. Allo stesso tempo la scoperta segnò una sensazionale novità fra gli astronomi. La van Arkel non aveva fatto la sua scoperta guardando in un telescopio, che lei non possedeva, ma osservando sul suo computer alcune delle milioni di immagini di galassie catturate dallo Sloan Digital Sky Survey, un progetto vecchio di 8 anni per catalogare tutto ciò che si vede in una vasta zona del cielo con il telescopio da 2,5 m sull’Apache Point, in New Mexico. La van Arkel è una dei più di 160000 volontari che aiutano a classificare un milione di galassie, parte di un programma avanzato, detto Galaxy Zoo. Quattrocento anni dopo l’invenzione del telescopio, i cieli continuano a dare sorprese: esplosioni stellari, dette gamma-ray burst che improvvisamente illuminano l’universo, la strana energia oscura che accelera l’espansione dell’universo e gli strani pianeti in orbita attorno alle stelle. Nel frattempo cambia la pratica e la cultura dell’astronomia. I telescopi diventano più grandi con specchi ottici da 30 m e radiotelescopi che occupano migliaia di chilometri e con costi che si misurano in miliardi di US$ il pezzo. I ricercatori usano nuovi metodi per raccogliere dati in vasti data base computerizzarti. Ormai si sa abbastanza dell’universo per porci una grande varietà di problemi fondamentali ed abbiamo i mezzi per cercare le risposte. Un torrente di dati computerizzati ed osservatori controllati a distanza diventano la norma e il singolo astronomo, che va per le montagne di notte ad osservare, è diventato un anacronismo. Mentre altri scienziati in campi di ricerca come la fisica delle particelle si concentrano su problemi base, come il bosone di Higgs, gli astronomi si occupano di una lunga lista di problemi: cosa accelera l’espansione dell’universo; come sono comparse le prime galassie; da dove vengono i raggi cosmici; qual è la natura dei buchi neri al centro delle galassie. Molti progressi sono stati prodotti dalla tecnologia. Si è in grado di rivelare radiazioni di tutte le lunghezze d’onda provenienti da stelle e galassie, dall’avvento della radioastronomia nel decennio 1940, alla nascita dell’astronomia a raggi X nel decennio 1960 ed agli studi del fondo a microonde del big bang nel decennio 1990. Recentemente è entrato anche l’universo ad alta energia dei raggi gamma. Questi fotoni di alta energia sono bloccati dall’atmosfera e si possono raccogliere con piccoli telescopi orbitanti ma, poiché colpendo l’atmosfera producono cascate di elettroni che emettono la radiazione di Cerenkov, questa viene raccolta da speciali telescopi distribuiti a terra. Nel 2004 quattro telescopi dello High Energy Stereoscopic System (HESS), costruiti in Namibia, sono riusciti a vedere le sorgenti di raggi gamma ad alta energia. Altri telescopi Cerenkov sono VERITAS, negli Stati Uniti, e MAGIC nelle isole Canarie. Si pensa che questi raggi gamma ad alta energia sono prodotti da eventi violenti, come supernove, gamma-ray burst e buchi neri supermassivi al centro di lontane galassie. Vi sono ora nuovi campi di indagine. L’università di Ginevra, in Svizzera, ha sviluppato un metodo per rivelare variazioni di una parte su 10 milioni nel colore (lunghezza d’onda) della luce di una stella quando un pianeta perturba il suo moto, avvicinandola o allontanandola dalla Terra. Nel 1995, Mayor ed i suoi colleghi hanno rivelato il primo pianeta gigante come Giove fuori dal nostro sistema solare che orbitava intorno alla sua stella ogni 42 giorni e, da allora, sono stati scoperti più di 300 pianeti. L’astronomia ha attratto molti scienziati da altri campi. Geologi interessati alla formazione dei pianeti, biologi che cercano composti chimici precursori della vita e fisici delle particelle affascinati dai misteri dell’energia oscura, dopo che, dal 1998, si è saputo che una certa energia repulsiva accelera l’espansione dell’universo. Sulla sommità dell’Apache Point, a 2788 m, un telescopio da 2,5 m che alimenta lo Sloan Digital Sky Survey, ha cambiato in modo sensazionale la pratica dell’astronomia. Dal 2000 il team dello Sloan ha lavorato per scoprire tutto il possibile in un quarto della sfera celeste, incluse 100 milioni di galassie. Si è tracciata la distribuzione delle galassie e la struttura della nostra Via Lattea ed ha aiutato a spiegare l’origine di diversi tipi di asteroidi. Lo Sloan Survey è solo uno dei tanti survey che operano. Il Panoramic Survey Telescope & Rapid Response System (PanSTARRS) con telescopi da 1,8 m, proposto e finanziato dalla US Air Force, scoprirà gli asteroidi che minacciano la Terra e supererà lo Sloan in sensibilità continuando il suo lavoro. Un telescopio prototipo sta già funzionando a Haleakala nelle Hawaii. Il Large Synoptic Survey Telescope (LSST) da 400 milioni di US$, pagato dalla National Science Foundation (NSF) e da contributi privati, sarà installato a Cerro Pachon, in Cile ed userà una videocamera da 3,2 gigapixel che riprenderà l’intero emisfero una volta ogni 3 notti distinguendo 2 miliardi di oggetti che saranno analizzati da speciali calcolatori programmati. Gli astronomi hanno già rilevato immagini del cielo. Dal 1948 al 1958 gli astronomi dell’Osservatorio di Palomar, nel sud della California hanno usato il telescopio da 1,22 m per produrre 937 lastre che altri hanno usato per decenni per guidare le ricerche, ma ora sono possibili altri tipi di sudi statistici. Seguendo l’esempio dello Sloan, PanSTARRS e LSST tracceranno la distribuzione tridimensionale delle galassie e le misure riveleranno le relazioni fra espansione dello spazio, energia oscura e materia oscura che tiene insieme le galassie. Non si sa cosa succederà dopo. Gli astronomi concordano sul fatto che in futuro molti di essi continueranno a lavorare in team ristretti studiando singoli oggetti astronomici. Tuttavia queste osservazioni potranno essere fatte con i più grandi telescopi ed in questo modo cambierà la pratica dell’osservazione celeste. Le dimensioni dei telescopi ottici sono cresciute nell’ultimo secolo dagli 1,5 m dal telescopio di Mount Wilson, in California, inaugurato nel 1908, al Large Binocular Telescope di Mount Graham, in Arizona, il cui doppio specchio da 8,4 m ha avuto la prima luce nel 2007. Il prossimo telescopio sarà il più grande e combinerà molti riflettori più piccoli in un unico riflettore segmentato. Negli Stati Uniti sono in preparazione due di tali estremamente grandi telescopi (ELT). Si è cominciato con 7 specchi da 8,4 m che costituiranno il riflettore equivalente da 24,5 m del Giant Magellan Telescope da costruire a Las Campanas, in Cile. Il Thirty Meter Telescope sarà un singolo specchio segmentato ed è nella fase di progetto. Nel frattempo gli astronomi europei stanno progettando il loro European-ELT (E-ELT) con uno specchio segmentato da 42 m. Con migliaia di astronomi che reclamano tempo di osservazione, la programmazione per orientare i telescopi sarà completamente automatica e nessun astronomo andrà sulle montagne. I più grandi telescopi opereranno come il telescopio orbitante Hubble. Cambierà la nozione del team di osservazione, la competizione spingerà gli astronomi a sempre più vaste collaborazioni per progetti che richiedono lunghi tempi di osservazione e grandi campioni statistici. I radioastronomi seguiranno le stesse procedure con lo Square Kilometer Array (SKA) la cui rete di migliaia di antenne copre più di 1000 km. Attualmente è in fase di progetto, da installare o in Sud-Africa o in Australia e farà la scansione con una rapidità 10000 volte maggiore dell’attuale. Mentre il costo dei telescopi aumenta, i budget nazionali per l’astronomia languiscono e la competizione si fa sempre più aspra. Negli Stati Uniti, nel 2006 è stato raccomandato alla NSF di bloccare i fondi dal 2011 per lo storico radio-osservatorio di Arecibo a Puerto Rico. Non c’è abbastanza denaro per gli sviluppi di LSST e ELT e per operare l’osservatorio Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in costruzione in Cile. Gli astronomi europei affrontano una situazione simile, una volta entrati nei progetti E-ELT e SKA. Solo due mesi fa è stato completato il programma per i prossimi due decenni e non si sa come i finanziatori reagiranno alla richiesta di aumento del 20% sui fondi per il prossimo decennio. Anche il tempo per completare questi grandi telescopi aumenta. Nel survey decennale dei progetti del 2001, nessuno dei 4 grandi progetti di terra degli astronomi USA è stato completato. Complicazioni si sono evidenziate nello sviluppo di ALMA, un array di 66 specchi in onda millimetrica da installare a 5000 m sul Llano de Chajnantor, un altopiano del deserto di Atacama, in Cile, una collaborazione a livello mondiale fra USA e Europa che ha unito due progetti nel 1999 ed a cui si è aggiunto il Giappone nel 2001. Il rapido aumento dei prezzi dell’acciaio, del rame e del lavoro, oltre ad i problemi delle antenne con i fornitori, hanno costretto nel 2005 i responsabili a richiedere un aumento del budget del 40% per un totale di 1 miliardo di US$. I finanziatori USA ed europei hanno alla fine accettato l’aumento. ALMA è di nuovo in corsa ed il primo dei riflettori, molti dei quali sono da 12 m, è stato installato lo scorso mese. Molti ricercatori criticano questa mania di grandezza per i grandi telescopi, ma la spinta a pianificare il progresso delle tecnologie rimane il presupposto delle future scoperte. Le grandi collaborazioni spingono i ricercatori a specializzarsi sempre più ed è sempre più difficile trovare astronomi che abbiano familiarità con gli strumenti. I grandi team e la specializzazione sono inevitabili con il progresso della scienza. Per iniziare i giovani astronomi hanno bisogno di piccoli osservatori per l’addestramento e per mettere alla prova delle idee. Tuttavia nessuno potrà competere con i grandi telescopi per estrarre gli spettri dei deboli oggetti. I piccoli telescopi sono adatti per reagire rapidamente a improvvisi eventi nello spazio, come quando un osservatorio orbitante invia l’allarme di un gamma-ray burst ed un telescopio automatico lascia il suo lavoro e si orienta entro uno o due minuti nella direzione indicata. Questi eventi forniscono ancora un ruolo ai piccoli telescopi ma non richiedono ad un astronomo di stare sulla cima di una montagna a guardare le stelle. Con l’avvento degli osservatori automatici ed i dati computerizzati, la pratica dell’astronomia è cambiata.
Science, 30 Jan 2009, Vol. 323, pg. 578 - Adian Cho - Wendy Freedman è un astronomo del Carnegie Observatory di Pasadena, in California, uno dei 50 ricercatori che stanno sviluppando il Giant Magellan Telescope da 700 milioni di US$ che combinerà 7 specchi da 8,4 m in un enorme specchio segmentato equivalente ad uno da 24,5 m. Nel 2001 gli astronomi degli USA hanno valutato al primo posto un telescopio con specchio segmentato come sistema con base a terra da costruire nei prossimi 10 anni. Fin dal decennio 1960, gli astronomi USA, all’inizio di ogni decade, decidono una lista di progetti prioritari detto “decadal survey” per indicare alle agenzie finanziatrici ed al Congresso quali sono i progetti che la comunità richiede. Il survey è guidato dal National Research Council ed il Congresso prende posizione. Ora risulta che 15 dei 20 progetti listati nel survey del 2001 sono rimasti incompleti e solo due delle maggiori iniziative hanno ricevuto l’approvazione per la costruzione. Tuttavia gli astronomi devono ora liberare almeno un lista dei desideri. Molte delle stime dei costi del survey 2001 sono risultati troppo bassi ed ora le autorità della National Science Foundation (NSF), della NASA e del Department of Energy (DOE) vogliono dei numeri affidabili. Non tutti i grandi progetti dei precedenti survey sono stati completati in 10 anni. Quello a maggior priorità del survey 1991, il satellite osservatorio infrarosso detto Spitzer Space Telescope, è stato messo in orbita nell’agosto 2003. Nel 1991 si era chiesto anche un array di riflettori ad onde millimetriche che solo ora si sta costruendo in Cile. I progetti incompleti sono più la norma che l’eccezione. Il problema è che i progetti diventano sempre più grandi e costosi. Nel 1991 si è previsto un progetto di terra da 100 milioni di US$. La NSF sta ora costruendo tre sistemi da 250 milioni ciascuno e questi richiedono tempi più lunghi. Il costo di costruzione del successore dello Hubble Space Telescope era stato stimato a 1 miliardo. Ora il satellite NASA James Webb Space Telescope è stato approvato per il lancio nel 2013 con un costo totale di missione di 4,5 miliardi di US$. L’Advanced Technology Solar Telescope da costruire a Haleakala nelle Hawaii, stimato ad un costo di 60 milioni, ha il costo aggiornato di 250 milioni. Variano le ragioni delle sottostime. All’inizio le stime non sono rigorose ma solo degli obiettivi dati dalla NASA e si ricorda lo slogan di dell’Amministratore Daniel Goldin di “faster, better, cheaper”. Per frenare l’aumento dei costi si è cercato di sviluppare diversi progetti nello stesso tempo, cosa risultata impossibile. Ora le autorità chiedono di cambiare e di fornire stime di costo realistiche per ogni progetto. Se budget e schedule non sono credibili, il progetto non sarà approvato. Il committente affiderà ad un contrattore indipendente la stima dei costi delle proposte e, anche se non potranno essere più affidabili del 10%, non rischieranno fattori di 3 o 4. Si richiede un protocollo che identifichi le pietre miliari tecnologiche del progetto per una verifica dei tempi e per le priorità. Osservatori stranieri hanno delle riserve sugli attuali survey. Molti grandi progetti sono divenuti sforzi internazionali e le valutazioni nazionali possono cambiare. Il decadal survey è però importante per determinare le proposte di maggiore potenziale scientifico ed è la scienza che deve guidare le decisioni e spingerle alla realizzazione.
Science, 29 May 2009, Vol. 324, pg. 1149 - Giovanni F. Bignami - Quando Galileo Galilei, alla fine del febbraio 1610 portò il manoscritto del suo Sidereus Nuncius, sulle prime osservazioni fatte con il telescopio, al tipografo Baglioni, fu fatto arbitro l’ufficio della Santa Inquisizione e quella volta non ci furono problemi. Il Consiglio veneto, con il parere del locale inquisitore diede il suo consenso. Pochi sanno che Galileo e Baglioni assunsero poi gravi rischi. Con la sua passione per il nuovo strumento, Galileo aggiunse osservazioni e commenti datati fino al 2 marzo, materiale che l’inquisitore probabilmente non vide. Per la prima volta dal 7 gennaio, quando Galileo iniziò ad osservare Giove, una piccola stella era entrata nel ristretto campo visivo dello strumento in modo continuo dal 27 febbraio al 2 marzo dimostrando che Giove portava con sé dei satelliti, una scoperta che rischiava la collera dell’inquisitore. A quel tempo Galileo era molto occupato a completare il testo, cercare prove e figure, specie le immagini della Luna delle sue precedenti osservazioni del 1609. Fortunatamente gli originali si sono conservati rivelando la mano di questo figlio del rinascimento fiorentino. Entro il 13 marzo 1610, 550 copie del Sidereus Nuncius erano pronte a documentare l’inizio della nuova era: l’astronomia del telescopio. Da allora, telescopi più grandi e perfezionati furono inventati da Isacco Newton (nato nel 1642, anno della morte di Galileo), da Gian Domenico Cassini (1625-1712) ed innumerevoli altri che seguirono facendo scoprire un universo crescente dal sistema solare alle stelle, dalle stelle alla nostra galassia e da qui ad un universo che si espande pieno di tante galassie con un numero di stelle come la nostra, circa 100 miliardi. Negli ultimi 400 anni i telescopi hanno accresciuto la loro capacita di rivelarci di cosa sono fatte le stelle facendoci scoprire che noi stessi e tutto ciò che vediamo è stato creato dalle stelle. L’accensione della prima stella nell’universo è avvenuta 13 miliardi di anni fa e non è stata ancora vista. L’Extremely Very Large Telescope (ELT) Europeo forse sarà in grado di vederla. Con il suo riflettore del diametro che supera i 40 m (in confronto ai 2 cm di quello di Galileo), sarà vicino al limite osservabile alle lunghezze d’onda ottiche. Gli astronomi stanno ora pianificando il radio telescopio Square Kilometer Array che sarà l’ultima sfida dell’astronomia delle onde radio. Queste antenne orientabili hanno rivelato le radio pulsar, stelle che concentrano la massa del Sole in una sfera da 10 km. Negli ultimi 40 anni abbiamo portato telescopi nello spazio per un’astronomia dell’invisibile. Risulta difficile descrivere un contatore Geiger come un telescopio, quello che Riccardo Giacconi ed i suoi colleghi montarono a bordo dell’ogiva di un razzo nel 1962. Essi ci diedero una prima visione delle sorgenti a raggi X fra cui anche i buchi neri. Dieci anni dopo l’astronomia a raggi X è nata quella dei raggi gamma impossibili da focalizzare, tuttavia recentemente è stato lanciato il Fermi Gamma-ray Space Telescope e saranno localizzate migliaia di sorgenti a raggi gamma ed alcune sono visibili solo nella regione gamma delle spettro. Così lo sono i 5000 misteriosi “gamma-ray bursts” e, poiché si tratta di energie fantastiche, eventi isolati di origine cosmologica, si sono dovuti inventare telescopi speciali. Molte altre scoperte sono state fatte con i telescopi spaziali, molte osservate dallo Hubble Space Telescope. Un altro telescopio ha registrato l’immagine del nostro primo universo, quando aveva solo 300000-400000 anni ed era grande solo quanto la nostra galassia. Al nostro tempo è visibile solo nella lunghezza d’onda delle microonde per il raffreddamento prodotto dall’espansione dopo il big bang. Questa immagine porta con sé tutte le fluttuazioni dell’universo di oggi. Quali telescopi ci aspettiamo per il futuro? Sconosciuto è ancora il contenuto non elettromagnetico dell’universo, neutrini ed onde gravitazionali. Sappiamo che le onde gravitazionali esistono, ma dobbiamo ancora rivelarli con il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Al contrario i neutrini sono stati osservati dal nostro Sole e dalle supernove locali usando osservatori sotterranei come telescopi. L’astronomia dei neutrini farà ancora importanti scoperte usando la Terra come rivelatore ed i ghiacci dell’Antartide (progetto IceCube) o le acque dell’oceano (progetto ANTARES) ed è difficile immaginare telescopi più grandi.
Science, 19 Jun 2009, Vol. 324, pg. 1508 - Mara Hvistendahl - La Cina ha deciso di costruire il suo più importante telescopio con 500 m di apertura, detto FAST, con cui spera di portarsi all’avanguardia della radio astronomia. Ingegneri dell’Accademia Cinese delle Scienze, questo mese faranno delle trivellazioni in una depressione di un remoto angolo della provincia di Guizhou per gli studi geologici. Quando FAST avrà la sua prima luce nel 2014, con il suo diametro di cinque campi di calcio, sarà il più grande telescopio del mondo a riflettore singolo. FAST ha preso a modello quello di Arecibo da 305 m di diametro creato in una valle calcarea di Puerto Rico, ma avrà un’area doppia e sarà più impressionante. Da quando Arecibo è stato completato nel 1963, la radio astronomia ha fatto importanti progressi e fra questi c’è la radio interferometria con cui più antenne disperse in un’area geografica possono essere combinate per ottenere risoluzioni più spinte. Oggi ci sono radio telescopi con array interferometrici o a riflettore singolo che semplificano la raccolta dei dati. La decisione della Cina di adottare il riflettore singolo è stata per motivi strategici. Il singolo disco è preferibile per molti studi, dai campi magnetici alle pulsar e le sue dimensioni permetteranno un salto nelle prestazioni. FAST raddoppierà la sensibilità di Arecibo e mentre Arecibo può muovere il suo fascio di 20 gradi rispetto allo zenit, FAST può sintonizzare il segnale in un angolo due volte più ampio e potrà analizzare una porzione più ampia della Via Lattea, scoprire il maggior numero di pulsar rotanti ad alta velocità e studiare gli effetti delle onde gravitazionali. La pianificazione di questo telescopio è iniziata nel decennio 1990 e, nel 1993, astronomi cinesi hanno incontrato a Kyoto i loro colleghi durante la riunione dell’International Union of Radio Science. A metà del decennio 1990 fu fatta un’analisi di tutte le formazioni carsiche del sud-ovest della Cina, usando le foto del satellite Quick Bird e, per il FAST, fu scelta la depressione più vasta. Il singolo riflettore permette maggiori velocità di processaggio. La tecnica costruttiva userà per il riflettore 4600 piastre paraboliche e la cabina sospesa nel fuoco sarà molto più leggera di quella usata per Arecibo. FAST userà 19 horn come feeder, mentre Arecibo ne ha 7. Con un grande campo visivo sarà più facile catturare fenomeni transitori, come comete, meteoriti o supernove. L’obiettivo principale per il nuovo telescopio sono le pulsar e, con la sua sensibilità, ne potrà trovare molte. Dall’inizio della ricerca, in 230 giorni di operazione se ne potranno trovare 7000 e gli astronomi sperano che almeno una orbiterà intorno ad un buco nero cosa che permetterà di provare la relatività generale ed altre teorie con maggiore precisione. Sia Arecibo che FAST non sono nella posizione per osservare Sagittario A, dove si trova il centro della nostra galassia con il suo probabile buco nero. Per questo scopo la posizione corretta è l’emisfero australe, in Australia o Sud Africa. FAST con la sua sensibilità permetterà di analizzare le galassie lontane che si sono formate quando l’universo era giovane ed in particolare rivelare le deboli righe dell’idrogeno importanti per localizzare i cluster senza stelle di materia oscura, dette galassie oscure. Una ricerca più strana è quella dell’extraterrestrial intelligence (SETI) per il progetto Phoenix che ha selezionato 800 stelle come il Sole usando Arecibo ed altri radio telescopi. Il FAST porterà questo numero a 5000. Per il momento l’impegno è sulla parte costruttiva e, dopo i sondaggi si dovrà sistemare la canalizzazione per evitare che nel periodo dei monsoni la valle si trasformi nella più grande piscina. Tra gli altri problemi c’è il trasloco di alcune dozzine di famiglie che abitano nella valle e per i quali sono previsti delle case a diversi chilometri di distanza. Una volta spostati gli abitanti, arriveranno i bulldozer per le fondazioni. Ora il progetto è in ritardo solo di alcuni mesi.
Science, 25 Sep 2009, Vol. 325, pg. 1617 - Daniel Clery - Nei campi dell’Olanda del nord sta sorgendo una strana struttura con una selva di pali con fili ancorati a terra in una configurazione geometrica. Si tratta di componenti di un gigantesco radiotelescopio che deve provare la storia dell’universo primordiale. Con questo ed altri simili strumenti, gli astronomi sperano di tornare indietro nel tempo e vedere le prime stelle venute alla luce e prima ancora esplorare l’era oscura dell’universo. Il nuovo telescopio si chiama Low Frequency Array (LOFAR) ed osserverà l’universo nella banda di frequenza delle radioonde lunghe. Non avrà parabole che si orientano, ma sarà formato da molte semplici antenne, che captano il segnale da tutte le direzioni, e da un sofisticato processaggio digitale per orientare il fascio in una direzione particolare del cielo. Il telescopio, inoltre, può osservare più direzioni allo stesso tempo con un multifascio ricevente. Le antenne sono estremamente semplici ma c’è un’alta tecnologia dietro di esse. Si tratta di un telescopio versatile che può fare un’analisi delle basse frequenze del cielo, seguire le radiosorgenti che variano rapidamente, studiare il Sole e le tempeste solari (space weather) e seguire i raggi cosmici di alta energia che colpiscono l’atmosfera. L’obiettivo principale è però di avventurarsi nella terra incognita della cosmologia nel periodo fra l’emissione del cosmic microwave background (CMB), 400000 anni dopo il big bang, fino a 850 milioni di anni dopo, quando apparvero le galassie superbrillanti note come quasar. Questo è un periodo critico dello sviluppo dell’universo, durante il quale si è trasformato, da una quasi uniforme nube di gas idrogeno, in un complesso di stelle, galassie e cluster di galassie. I cosmologi possono solo simulare ciò che può essere accaduto in questo periodo, ma non hanno dati e le simulazioni possono falsare la realtà. Ci si chiede come era la prima stella che si è formata e quando, se le grandi galassie sono sorte complete dalle nubi primordiali di gas, oppure delle minigalassie si sono unite per formare le grandi. Che cosa ha provocato la reionizzazione del gas idrogeno, emerso neutro dalla ricombinazione di nuclei ed elettroni? Chi ha ideato il LOFAR spera di poter cominciare a rispondere a queste domande. Se si riesce, seguiranno altri simili e più potenti telescopi e, come per il CMB, ci sarà motivo di altri premi Nobel. Entro 400000 anni dal big bang, l’universo era diventato abbastanza freddo e protoni ed elettroni hanno potuto formare l’idrogeno neutro: è stato il momento della ricombinazione. L’idrogeno neutro non assorbiva i fotoni di bassa energia che pervadevano l’universo e lo spazio diventò trasparente. I fotoni del CMB stanno ancora attraversando lo spazio per darci la fotografia di quel momento della storia dell’universo. Dopo la ricombinazione, per lungo tempo tutto rimase statico, non c’erano sorgenti di luce di alta energia, ma solo nubi statiche di idrogeno neutro. Questa situazione non durò a lungo perché la gravità cominciò a condensare la materia nelle regioni più dense. I teorici ritengono che la materia oscura ha avuto un ruolo importante, formando l’85% della massa totale dell’universo. Una volta che si sono formati ammassi di materia oscura di 100000 masse solari, le simulazioni indicano che al loro interno si sono formate le prime stelle. Le prime stelle si sono formate solo 30 milioni di anni dopo il big bang, quando l’universo aveva meno dello 0,25% dell’età attuale. Le osservazioni ci dicono che il mezzo intergalattico (IGM) si era già ionizzato a circa 850 milioni di anni dopo il big bang. Si pensa che, a ionizzare tutto l’idrogeno dell’universo, sia stata la cosiddetta popolazione III di stelle giganti, come miniquasar, che hanno bruciato rapidamente, oppure qualcosa di più esotico come il decadimento della materia oscura. Questa è l’epoca della reionizzazione (EOR) che è il principale obiettivo del LOFAR. Stelle e galassie di questo periodo sono troppo deboli per vederle, ma si cercherà di rivelare la sottile differenza fra idrogeno neutro ed idrogeno ionizzato. Quando elettroni e nuclei di idrogeno si uniscono, i loro spin possono essere paralleli o antiparalleli. Lo stato parallelo ha un’energia poco più alta di quello antiparallelo e, quando commuta dal primo stato al secondo, emette un fotone alla lunghezza d’onda di 21 cm. Viceversa se assorbe un fotone di 21 cm, l’atomo passa dallo stato antiparallelo al parallelo. L’idrogeno ionizzato che non ha elettroni, non assorbe né emette questi fotoni, e un telescopio che osserva questa radiazione vedrà prima un segnale uniforme a indicare l’idrogeno neutro diffuso e dopo la formazione di vuoti sempre più grandi fino al riempire tutto lo spazio con l’idrogeno ionizzato. Seguendo la storia di questa ionizzazione, gli astronomi potranno affinare le loro teorie e determinarne il meccanismo. Poiché l’universo si è espanso, la radiazione di 21 cm si è spostata con il redshift fra 1,5 e 10 m, che è la banda dove i LOFAR è più sensibile. Gli astronomi hanno sempre ignorato queste frequenze perché le grandi lunghezze d’onda richiedono antenne grandi ed hanno scarsa risoluzione. Inoltre questa banda di frequenza è disturbata sulla Terra dalle trasmissioni radio FM. Ma molti studi e i nuovi sistemi di elaborazione dei segnali digitali hanno ora incoraggiato gli astronomi. Nel decennio 1990, gli astronomi dell’istituto norvegese ASTRON, che stanno progettando lo Square Kilometer Array (SKA) orientato alla radiazione da 21 cm, da costruire in Australia o Sud Africa nel 2014, hanno collaborato agli inizi del LOFAR. Nel 2003 il governo olandese ha offerto all’ASTRON 70 milioni di euro per costruire il telescopio nel nord dell’Olanda perché il team dell’ASTRON aveva convinto che era possibile eliminare l’interferenza FM con un opportuno processaggio digitale. Il piano è di costruire 36 stazioni di antenne, ciascuna delle dimensioni di un campo di calcio, 18 formeranno il cuore vicino alla città di Emmen, altre 18 saranno posizionate nel nord. Ogni stazione avrà 96 antenne nella banda bassa di 30-80 MHz e 48 sulla banda alta di 120-240 MHz. Altri partner, Germania, Inghilterra, Francia, Svezia e forse altri, ospiteranno altre stazioni per aumentare le basi dell’antenna e migliorare la risoluzione angolare. Il problema sarà gestire la grande massa di dati che sarà dello stesso ordine di grandezza di quelli del Large Hadron Collider del CERN. Ciascuna stazione processerà quindi i suoi dati riducendoli del 90%, i risultati saranno inviati per fibra ottica all’università di Groningen dove il supercomputer IBM Blue Gene/P inizierà l’estrazione dei vari segnali base, che saranno poi studiati dagli astronomi. Il computer di Groningen ha elaborato le prime immagini del LOFAR con i segnali di sorgenti radio a distanze cosmologiche ed i risultati sembrano fantastici. Vi sono interferenze, ma si è convinti di poterle eliminare. Nel frattempo altri telescopi sono in progetto per la banda dei 21 cm. Il maggiore rivale è il Murchison Widefield Array (MWA) che sarà costruito nell’Australia dell’ovest e vi partecipano i collaboratori del MIT Haystack Observatory ed altri ricercatori degli USA, Australia e India. Questi pianificano di finire l’array nel 2010. MWA sarà ottimizzato per il periodo EOR. Un altro competitore è il 21 Centimeter Array (21 CMA) nella Cina dell’ovest che è stato completato nel 2006 ed ha cominciato a raccogliere dati, ma i problemi di finanziamento hanno reso sporadiche le osservazioni. Questa prima generazione di telescopi a bassa frequenza non sarà capace di raccogliere sufficienti fotoni per creare immagini complete nella banda i 21 cm, ma le misure statistiche forniranno utili informazioni ai cosmologi. Osservando il segnale dei 21 cm su differenti frequenze, si potrà esplorare avanti ed indietro nel tempo e, misurandone l’intensità, si potrà trovare il momento della scomparsa dell’idrogeno neutro. I ricercatori sperano di estrarre gli spettri di potenza e come essi variano su scala angolare. Questi spettri possono rivelare le dimensioni degli ammassi di idrogeno collassati per gravità, le dimensioni dei vuoti prodotti dai gas ionizzati intorno alle prime galassie e questo aiuterà i teorici a tracciare la storia dell’EOR. I risultati aumenteranno l’esigenza di nuovi e più potenti telescopi di seconda generazione. Un candidato sarà SKA che è ancora in progettazione e che include antenne per bassa frequenza. Esso dovrà produrre le immagini tridimensionali dei vuoti prodotti dall’idrogeno neutro intorno alle nuove galassie e quindi la storia della ionizzazione. Gli astronomi cominciano a pensare a cosa verrà dopo di questo. Si comincia a pensare a telescopi sulla faccia nascosta della Luna, installati da sistemi robotici. Un rover distribuirà le antenne su un’area di 10 km, mentre la central processing unit sarà nel luogo di atterraggio. Così il sistema sarà lontano dai disturbi e dagli effetti distorcenti della ionosfera terrestre e si potrà avere l’immagine dell’universo prima della nascita delle stelle.
Science, 23 Oct 2009, Vol. 326, pg. 512 - Yudhijit Bhattacharjee - Nel 1977, Jerry Nelson, un fisico del Lawrence Berkeley National Laboratory, in California, fece un’audace proposta all’Università di California (UC) per costruire un telescopio da 10 m, due volte le dimensioni del telescopio Hale di monte Palomar, che per tre decenni era stato il più grande telescopio della nazione. Nelson era convinto che gli specchi monolitici dei telescopi tradizionali, fatti di un unico pezzo di vetro, avevano raggiunto il loro limite e propose di fare il riflettore principale del nuovo telescopio con poche dozzine di sottili segmenti esagonali congiunti insieme a realizzare una uniforme superficie parabolica. Anche se era possibile costruire uno specchio monolitico, Nelson voleva costruire un nuovo sistema che potesse essere estrapolato per i futuri telescopi più grandi. Nel frattempo, un fisico di nome Roger Angel stava fondendo dei dischi di pirex in una fabbrica di Tucson, Arizona, e proponeva di costruire specchi monolitici anche più grandi. Anche Angel aveva i suoi problemi, ma ad una conferenza entrò in competizione con Nelson. Entro l’inizio del 2000, ambedue le parti avevano le loro proposte. Il team di Nelson aveva costruito gli specchi a segmenti dei due telescopi gemelli Keck delle Hawaii, quello di Angel aveva fabbricato gli specchi monolitici per i due telescopi Magellano di Las Campanas, in Cile. Questi successi ponevano le basi per la nuova competizione: costruire il più grande telescopio del mondo. Nei 5 anni precedenti, Nelson e i suoi colleghi, avevano lavorato ai piani del Thirty Meter Telescope (TMT) il cui specchio primario doveva essere un mosaico di 492 segmenti esagonali controllati con tale precisione che non si poteva discernere i confini fra di essi. Nel frattempo Angel ed i suoi colleghi avevano studiato la costruzione del Giant Magellan Telescope (GMT) con 7 specchi monolitici da 8,4 m, disposti come i petali di un fiore che funzionavano come uno specchio primario di 24,5 m di diametro. Costruendo i due telescopi, il TMT a Mauna Kea nelle Hawaii e il GMT a Las Campanas, ciascuno avrebbe catturato immagini con una nitidezza 10 volte maggiore di quella del miglior telescopio terrestre. Ambedue erano progettati per gli stessi scopi. Mettere a fuoco le prime stelle e galassie, studiare la formazione di pianeti e stelle, comprendere l’accrescimento dei buchi neri e provare la nature della materia oscura e dell’energia oscura. Ambedue sarebbero costati una fortuna. Il TMT un miliardo di US$ e il GMT 700. Sia UC e il California Institute of Technology per il TMT, che il Consorzio, guidato dal Carnegie Observatories e dall’Università dell’Arizona, per il GMT, non avevano un’idea di come trovare i fondi. Alcuni astronomi pensavano che le due parti dovevano accordarsi per costruire un solo telescopio che rivaleggiasse con quello segmentato da 42 m , l’Extremely Large Telescope (E-ELT), proposto dall’Europa che era già iniziato. Un accordo fra le parti era però ormai impossibile; le due diverse tecnologie e il forte individualismo metteva una barriera fra i due progetti che erano destinati a coesistere. Nelson e Angel sono ora due stelle, ambedue sui 60 anni e membri della National Academy of Science, le loro personalità opposte rispecchiano i due approcci di costruzione: la novità ed il rischio contro il provato e reale. Lavorando al progetto del Keck, 30 anni prima, Nelson aveva risolto molti problemi sugli specchi segmentati. Uno era la pulitura di ciascun segmento in una superficie non sferica in modo che tutti i segmenti formassero un riflettore, l’altro era il controllo preciso dei segmenti per farne un unico riflettore. Per superare il primo problema, Coby Lubiner, un ingegnere civile della UC di Berkeley, applicò una precompressione a ciascun segmento per portarlo alla superficie sferica in modo che, togliendo la compressione dopo la pulitura, ritornasse per elasticità alla forma desiderata. Il problema del controllo fu risolto dal team di Nelson con elettronica e software usando sensori di estremità ed attuatori per posizionali perfettamente, contrastando gli effetti del vento, della gravità e della temperatura. La soluzione sembrava a molti troppo complessa per funzionare, ma nel 1980 il sistema era a punto. Angel era cresciuto in un sobborgo di Manchester, UK, in un clima nebbioso, aveva studiato anche lui fisica e preso al Caltech il suo master. Dopo aver preso il dottorato all’Università di Oxford, UK, si era interessato di fisica delle alte energie, di astrofisica, quindi si dedicò all’ottica ed al progetto degli specchi all’Università dell’Arizona. L’innovazione di Angel, all’inizio del decennio 1980, era il progetto di specchi monolitici che pesassero un quinto di quelli convenzionali e che si raffreddassero più rapidamente per ridurre le distorsioni delle immagini provocate dalla turbolenza sulla superficie dello specchio. Il trucco era di fondere un vetro al borosilicato in una forma di colonne esagonali fatta di un materiale resistente al calore. Il vetro entrava negli spazi fra le colonne formando sulla faccia posteriore una struttura come un favo (honeycomb). Per pulire lo specchio fu costruito un tornio controllato da computer che portò la superficie all’accuratezza del nanometro. Fu creato un laboratorio dalle dimensioni di una stadio di calcio in cui furono realizzati i due specchi da 8,4 m del Large Binocular Telescope di Mount Graham, in Arizona che è diventato operativo nel 2007. Le sette parti dello specchio del GMT avranno una topologia più complessa del binoculare, ma ciascuno sarà delle stesse dimensioni e sarà realizzato con la stessa tecnologia. Si è già realizzato il primo ed è in corso di pulitura. Angel dice che fare i 492 segmenti del TMT sarà, per il suo competitore, più rischioso del mettere insieme le sue sette parti, Nelson a cui piace essere additato come uomo che affronta i rischi, afferma di avere in mano una solida tecnologia, inconcepibile quando 16 anni prima aveva realizzato il riflettore da 36 segmenti del Keck. Controllare 492 segmenti, è assolutamente banale per i moderni computer, i riflettori a segmenti sono oggi meno costosi, per metro quadrato, rispetto ai monolitici e il risparmio è molto superiore al costo aggiuntivo di un potente computer e degli attuatori. Per confronto il rivale europeo, E-ELT, usa 100 segmenti. Una buona idea non può essere fermata. La gara per la supremazia nei telescopi è cominciata nel 1999, quando nel survey del decennio è stata fatta la lista dei progetti proposti dai ricercatori al governo (wisch list) e sono stati indicati come priorità i telescopi giganti. Nelson è stato il primo a fare una proposta su quello che era chiamato il California Extremely Large Telescope (CELT). Il Carnegie Observatories creò il Consorzio che ora è quello del GMT di Angel. Cominciarono le manovre dietro le quinte. Nel giugno 2003, Nelson firmò un accordo tecnico con l’AURA (Association of Universities for Research in Astronomy), consorzio di tre dozzine di istituzioni internazionali USA finanziate dalla NSF. Angel protestò con una lettera all’AURA dicendo che si faceva un vincitore senza competizione. Alla fine del 2006 fu sospeso l’accordo TMT-AURA e questa fornì 17,5 milioni di US$ ad ambedue TMT e GMT per il progetto. I responsabili di NSF non hanno voluto commentare e, quest’estate AURA ha presentato alla NSF un rapporto sulle due soluzioni TMT e GMT, ma la situazione rimase sospesa. Le due parti intanto cercano appoggi e finanziamenti esterni e si discute se in realtà si debba avere un vincitore solo o orientare i due progetti a scopi diversi. L’ottica adattiva del TMT è migliore per risolvere le sorgenti puntiformi, mentre il GMT, che può produrre immagini migliori su campi più ampi, è più adatto alla cosmologia. TMT può essere destinato all’emisfero nord e GMT all’emisfero sud.
Science, 23 Oct 2009, Vol. 326, pg. 512 - Yudhijit Bhattacharjee - Con 100 m di diametro sarebbe stato veramente il grande padre di tutti i telescopi, meritando il nome di “Overwhelmingly Large” (OWL) conferito dai suoi architetti dell’European Southern Observatory (ESO). Ora l’acronimo dovrebbe significare “Originally Was Larger” e tuttavia, anche ridotto, quello commissionato dall’ESO, l’European Extremely Large Telescope (E-ELT), supera di un buon margine ambedue i telescopi USA, Thirty Meter Telescope (TMT) e Giant Magellan Telescope (GMT), con i suoi 42 m di diametro. E-ELT avrà un costo stimato di 1,5 miliardi di US$ ed è il più costoso dei tre, ma le sue prospettive di finanziamento sono più rosee perché i governi lo sostengono. I 14 membri dell’ESO si sono accordati di fornire un terzo del denaro nei prossimi 10 anni e stanno discutendo se aumentare il contributo al budget ESO, o coinvolgere altri partner, o fare ambedue le cose. Nel progetto, in corso di completamento, si prevede di costruire lo specchio primario con 1000 segmenti quasi delle stesse dimensioni di quelli esagonali del TMT, ma potrebbe funzionare anche usando degli specchi monolitici da 7-8 m di diametro. A priori non è decisa quale sia la soluzione migliore ed ognuna ha differenti rischi. La risoluzione ottenuta dall’E-ELT, con la sua superficie di 1200 mq, circa due volte quella del TMT e tre volte quella del GMT, permetterà nuovi risultati scientifici. Uno sarebbe quello di fornire immagini degli exoplanet e rivelare exoplanet delle dimensioni della Terra. Fra i siti candidati ci sono le Canarie,, il Cile, il Marocco e l’Argentina e la scelta sarà fatta entro le fine di quest’anno.