L'Osservatorio Astronomico di Brera e la cupola Schiaparelli. Foto Mario Carpino/Osservatorio Astronomico di Brera.
L’astronomia viene spesso descritta come la più antica delle scienze e non c’è dubbio che la maestosa vista della Via Lattea sia stata fonte di ispirazione per i popoli di ogni epoca. Oggi, grazie alle sofisticate tecnologie a disposizione degli osservatori, è una delle discipline più moderne e dinamiche. L’astrofisica Anna Wolter ci guida in un ideale viaggio “cosmico” che ha inizio dall’antico telescopio usato da Schiaparelli all’Osservatorio Astronomico di Brera e termina con le più recenti scoperte di ALMA, il più grande progetto in corso nel campo dell’osservazione da terra: una schiera di 66 grandi antenne che dal Cile scruta il cielo a lunghezze d’onda millimetriche e submillimetriche e che, a poco più di un mese dall’inaugurazione, ha già regalato immagini straordinarie a tutti gli amanti dello spazio.
di Anna Guida
Quando Giovanni Schiaparelli nel 1862 divenne direttore dell’Osservatorio Astronomico di Brera, gli bastava salire pochi gradini in una notte serena per passare dal suo appartamento alla cupola che ancora oggi porta il suo nome. Da lì studiava soprattutto le comete e Marte, con i famosi canali che disegnava nei suoi quaderni. Oggi questa possibilità non esiste più: complice l’inquinamento luminoso, Milano non è certo il luogo più adatto all’osservazione del cielo. “Già all’inizio del 900 i cieli urbani costrinsero gli astronomi a emigrare in campagna, e proprio a quel periodo risale la costruzione della sede distaccata di Merate, che allora non risentiva dell’illuminazione della città”, spiega Anna Wolter, astrofisica, ricercatrice all’INAF-Osservatorio Astronomico di Brera e Rappresentante italiano del Network di divulgazione scientifica dell’ESO (European Southern Observatory). “Oggi il mestiere dell’astronomo è cambiato radicalmente rispetto ad allora: i siti migliori per gli scienziati sono le isole Hawaii e le Ande, dove sono installati i telescopi più grandi del mondo. Non solo perché lì i cieli sono più bui, ma anche perché il continuo progredire della scienza rende necessari strumenti talmente grandi, complessi e costosi da rendere impossibile la loro realizzazione al singolo centro di ricerca o addirittura alla singola nazione. Per questo oggi i progetti più importanti in questo campo sono frutto della collaborazione di tanti enti e Paesi, come vedremo parlando di ALMA”.
Le antenne di ALMA sull’altopiano del Chajnantor, nel deserto di Atacama, in Cile. Foto ESO/Clem & Adri Bacri-Normier.
GLI ORIZZONTI DELL’ASTRONOMIA ITALIANA
Sebbene lo sviluppo tecnologico abbia completamente rivoluzionato il nostro modo di osservare i corpi celesti, alla base di ogni scoperta, oggi come ieri, c’è la curiosità e la sete di conoscenza dello scienziato. E alla luce di questa continuità è particolarmente affascinante percorrere i corridoi stretti, uniti da un saliscendi di scale, dell’Osservatorio Astronomico di Brera (OAB), la più antica istituzione scientifica di Milano, oggi confluito nell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).
L’OAB ha sede a palazzo Brera fin dal 1762, anno in cui Padre Lagrange impostava l’attività di ricerca astronomica osservativa a Milano. La prima specola, progettata e fatta costruire da Ruggero Boscovich e successivamente modificata più volte, risale al 1764. Anche se dal 1923 la maggior parte delle attività osservative furono trasferite nella sede di Merate, l’attività di ricerca è ancora attiva in entrambe le sedi.
L’osservatorio di Milano ospita un prezioso archivio storico e una biblioteca antica di circa 30.000 volumi. Due cupole completamente ristrutturate, la “cupola fiore” e la cupola Schiaparelli, vengono utilizzate oggi principalmente per conferenze, laboratori didattici, convegni, visite diurne e qualche sporadica osservazione notturna. Ma nonostante non siano più al centro dell’attività osservativa, per collocazione geografica e dotazione tecnologica, non hanno perso nulla del loro fascino.
L’INIZIO DI UNA NUOVA ERA DI SCOPERTE
Se i siti per l’osservazione astronomica si sono spostati fuori dall’Europa, il vecchio continente e l’Italia non hanno però smesso di dare il loro fondamentale contributo alla ricerca. Come membro dell’ESO (European Southern Observatory), l’INAF partecipa attivamente ad ALMA, il più grande progetto attualmente in corso per un telescopio astronomico a terra, inaugurato il 13 marzo 2013.
“ALMA, acronimo di Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ha le sue lontane radici negli anni ‘80, quando Europa, USA e Giappone – ciascuno per conto proprio – cominciavano a pensare di realizzare un innovativo osservatorio astronomico per catturare la radiazione millimetrica”, spiega la ricercatrice. “Negli anni ‘90 le tre idee confluirono in un unico progetto, e i lavori iniziarono nel 2003. Cruciale è stata la scelta della località: dovendo catturare la radiazione millimetrica, era infatti indispensabile riuscire ad attenuare il più possibile gli ostacoli che venivano frapposti dall’atmosfera terrestre, e quindi individuare una località in altura e caratterizzata da una bassissima umidità. Non solo: occorreva un luogo abbastanza grande da ospitare 66 antenne paraboliche di grandi dimensioni. Ecco perché la scelta è caduta sull’altopiano del Chajnantor (a 5.000 metri di quota), nel deserto di Atacama in Cile”.
“I nostri sistemi di misura angolari vengono impiegati in applicazioni che richiedono elevata affidabilità e un posizionamento estremamente preciso nell’ordine di pochi secondi d’arco, dagli ambiti industriali come tavole rotanti e teste orientabili di macchine utensili fino ai dispositivi di misura per telescopi”, afferma Francesco Manca, Project Specialist Aerospace and Industrial Automation di Heidenhain.
UN TELESCOPIO RIVOLUZIONARIO
Ma non solo i requisiti “ambientali”, anche quelli tecnologici erano davvero stringenti. “Le antenne della schiera di ALMA, 54 antenne paraboliche da 12 m e 12 più piccole da 7 m, lavorano insieme come un singolo telescopio. Ogni antenna raccoglie la radiazione proveniente dallo spazio e la focalizza su un ricevitore. I segnali delle varie antenne sono poi riuniti e analizzati dal correlatore, un supercomputer specializzato. Le 66 antenne devono possedere una flessibilità operativa straordinaria, perché possono essere disposte in diverse configurazioni, a una distanza che può variare da 150 m a 16 km”. Non stupisce dunque scoprire che il progetto è costato 1,3 miliardi di dollari ed è stato possibile solo grazie alla collaborazione tra Europa, America del Nord e Asia orientale, in cooperazione con la Repubblica del Cile. “Questo è uno degli esempi di grandi conquiste che diventano possibili solo quando le istituzioni e le nazioni uniscono i loro sforzi”, commenta Anna Wolter.
MASSIMA PRECISIONE PER L’OSSERVAZIONE DELL’UNIVERSO
L’accoppiamento delle antenne a formare il gigantesco telescopio consente ad ALMA di ottenere immagini dettagliate, in cui i particolari sono chiaramente distinguibili anche per corpi celesti distanti molti milioni di anni luce dalla Terra. Di fondamentale importanza è pertanto l’esatto posizionamento delle antenne di diverse tonnellate di peso, in quanto le minime imprecisioni alterano il risultato e comportano immagini che una volta elaborate risultano distorte.
Per le 25 antenne radio europee la società responsabile della progettazione dei sottosistemi, l’italiana EIE di Mestre, ha scelto i sistemi di misura angolari di Heidenhain (www.heidenhain.it). Da oltre mezzo secolo Heidenhain sviluppa e produce sistemi di misura angolari e lineari, affermandosi come leader in questo ambito. Con una straordinaria precisione di misura e un’elevata stabilità nel tempo, questi strumenti garantiscono la necessaria accuratezza nell’orientamento delle antenne anche in funzione delle continue variazioni di temperatura.
“Uno dei punti di forza dei sistemi di misura angolari Heidenhain è l’eccellente accuratezza, nell’ordine del secondo d’arco o addirittura inferiore come richiesto da ALMA. Funzionano in assenza di contatto e sono idonei soprattutto per l’impiego in apparecchiature di precisione”, spiega Francesco Manca, Project Specialist Aerospace and Industrial Automation di Heidenhain Italiana.
Per orientare con precisione il posizionamento orizzontale (azimuth), le antenne ALMA europee impiegano il nuovo sistema di misura angolare incrementale ERA 7480C su un diametro di circa 3.000 millimetri. “ERA 7480C è stato realizzato su misura appositamente per il progetto ALMA, adeguando la lunghezza del nastro esattamente al diametro richiesto. L’accuratezza ottenibile è stata precedentemente simulata in fase di progettazione. I sistemi di misura angolari della serie ERA 7000 sono composti da più unità di scansione e un nastro graduato realizzato su un supporto in acciaio. I ricercatori in Cile modificano l’angolo di posizionamento verticale (elevazione) con l’ausilio del sistema di misura angolare ERA 4282C”, spiega Manca.
Le elettroniche di interfaccia di Heidenhain elaborano i segnali dei sistemi di misura e li inviano all’interfaccia dell’elettronica successiva. La nuova EIB 749 esegue una interpolazione e compensa i segnali in uscita provenienti dalle testine di scansione. I valori di posizione vengono quindi indirizzati tramite uscita Ethernet al computer di controllo dell’antenna.
“Siamo orgogliosi di affermare che, grazie all’apporto fondamentale della nostra e di altre aziende, le antenne europee si mettono in evidenza dal punto di vista tecnologico”, afferma Manca.
ALLA SCOPERTA DELL’UNIVERSO FREDDO
ALMA è il telescopio più potente al mondo per osservare l’Universo freddo – gas e polveri molecolari e la radiazione residua del Big Bang. Spesso, queste regioni dell’Universo sono buie e oscure se guardate nella luce visibile, ma appaiono brillanti nella parte dello spettro millimetrica e submillimetrica. Fornendo agli scienziati dettagliate immagini di stelle e pianeti nati in nuvole di gas, vicino al nostro Sistema Solare, e individuando galassie distanti, che si formano ai confini dell’Universo osservabile, ALMA consentirà agli astronomi di rispondere ad alcune delle domande più profonde sulle origini del nostro cosmo.
ALMA è in grado di sondare l’universo a lunghezze d’onda millimetriche e submillimetriche con sensibilità e risoluzione senza precedenti, con una visione fino a dieci volte più precisa rispetto agli altri telescopi esistenti. Foto ESO/Josè Francisco Salgado.