TURBOLENZA OTTICA NEI TELESCOPI TERRESTRI, NUOVI METODI PER PREVEDERLA

INNOVAZIONE

di Nunzia Piccolo

 

Ottenere immagini astronomiche accurate non è solo una questione che riguarda la potenza o la dimensione dei telescopi utilizzati.

Le prestazioni di questi strumenti, in particolare quelli che operano nell’infrarosso e nel visibile, come sottolineato da una specifica inchiesta apparsa su “La scienza in rete”, dipendono fortemente dalle condizioni meteorologiche e dalle turbolenze atmosferiche dell’area durante l’osservazione. Per ottimizzare telescopi come l’attuale Very Large Telescope (VLT) e il futuro Extremely Large Telescope (ELT) è quindi cruciale ottimizzare questi parametri. Il progetto FATE (acronimo di Forecasting Atmosphere and Turbulence for Eso sites), guidato da INAF con la collaborazione del consorzio LaMMA, ha proprio lo scopo di produrre previsioni della turbolenza ottica e dei principali parametri atmosferici per ottimizzare le osservazioni astronomiche del Very Large Telescope dell’ESO e di tutti gli strumenti di cui è equipaggiato. 

L'ESO, l'Organizzazione europea per le ricerche astronomiche nell'emisfero australe, è un'organizzazione intergovernativa fondata nel 1962, sostenuta da 16 Stati membri: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Irlanda, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, Svizzera e Regno Unito, insieme al paese ospitante, il Cile, e a vari partner strategici. Riunisce oltre 750 dipendenti provenienti da più di 30 paesi e un'infinità di collaboratori in tutto il mondo. Attualmente, tutti i telescopi dell'ESO sono situati nel deserto cileno di Atacama, un luogo straordinario con condizioni uniche per l'osservazione del cielo. L'ESO gestisce tre siti di osservazione in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Inoltre, è in fase di costruzione l'Extremely Large Telescope, ubicato sul Cerro Armazones, che risulterà essere il più grande telescopio al mondo e che sarà gestito come parte dell'Osservatorio di Paranal. A La Silla, il primo osservatorio dell'ESO, sono operativi due dei telescopi di classe 4 metri più produttivi al mondo. Paranal ospita il Very Large Telescope, uno dei telescopi ottici più avanzati dei pianeta, composto da quattro telescopi unitari con specchi principali di 8,2 metri di diametro e quattro telescopi ausiliari mobili di 1,8 metri di diametro, e dal suo unico interferometro, il Very Large Telescope Interferometer (VLTI). In futuro, Paranal ospiterà e gestirà anche il Cherenkov Telescope Array (CTA) Sud, il più grande e sensibile osservatorio di raggi gamma al mondo. In collaborazione con partner internazionali, l'ESO gestisce ALMA sull'altopiano di Chajnantor, che consente agli scienziati di esplorare l'Universo attraverso le lunghezze d'onda millimetriche della luce. Ora, i telescopi come il VLT offrono una serie di vantaggi rispetto ai telescopi spaziali, come la maggiore praticità e, soprattutto, il costo inferiore, ma soffrono anche di alcuni svantaggi, tra cui l’interferenza della turbolenza atmosferica nell’acquisizione dei dati. Sebbene l’atmosfera terrestre sia trasparente alle lunghezze d’onda del visibile e dell’infrarosso, il suo movimento provoca nell’immagine ottenuta dal telescopio di terra un tremolio detto twinkling. Comportandosi come un fluido, quindi, l’atmosfera terrestre può influenzare la propagazione della luce: a causa della variabilità della temperatura nell'involucro atmosferico che circonda il nostro pianeta, le celle d'aria che caratterizzano il moto turbolento dell'atmosfera presentano densità e indice di rifrazione differenti. Queste variazioni locali dell'indice di rifrazione causano differenze di velocità nel viaggio delle diverse parti del fronte dell’onda. Di conseguenza, si verifica un ritardo di fase tra queste parti, il che provoca una perdita di coerenza nel fronte dell’onda e pertanto una distorsione dell’immagine che risulta tremolante. Ne deriva, quindi, che la risoluzione del telescopio risulti nettamente diminuita. Riuscire a prevedere queste turbolenze è fondamentale per poter sfruttare al massimo le potenzialità di questi strumenti e monitorare le condizioni meteo, che influenzano i moti turbolenti dell’atmosfera, è un ottimo metodo per procedere e risolvere la suddetta problematica. Il progetto FATE si occuperà proprio di questo, monitorando una serie di parametri meteorologici come la temperatura, il vapore acqueo e la copertura nuvolosa, ma anche parametri astroclimatici come il seeing, che indica il livello di perturbazione dell’atmosfera nella qualità delle immagini astronomiche. Sviluppare un modello di previsione della turbolenza atmosferica e implementarlo nelle acquisizioni di immagini astronomiche, permetterà di ottenere una maggiore risoluzione e un pieno sfruttamento delle capacità ottiche dei telescopi terrestri, con un vantaggio non indifferente per la ricerca spaziale e astrofisica.