Per osservare miliardi di deboli galassie e investigare la natura dell'Universo oscuro, La pionieristica missione Euclid dell'ESA richiederà ottiche all'avanguardia. Il primo elemento ottico ad essere consegnato, lo specchio primario del telescopio (M1), è arrivato presso la sede di Airbus Defence &Space a Tolosa.

Il progetto ottico di Euclid si basa su un telescopio di tipo Korsch con un diametro di apertura di 1,2 m. Il telescopio ha tre specchi curvi (incluso M1) e tre specchi piatti, che dirigono la luce ai due strumenti di bordo con l'ausilio di un filtro dicroico che separa le lunghezze d'onda visibili e vicine all'infrarosso.

Il design Korsch consente immagini di alta qualità su un campo visivo molto ampio, fornendo una fotocamera grandangolare che è allo stesso tempo anche estremamente nitida. Non è un'impresa da poco:in termini terreni, il telescopio sarebbe in grado di osservare un campo largo 200 m – equivalente all'area di 8 campi da calcio – da una distanza di 18 km con una risoluzione di una moneta da 1 Euro (circa 2 cm di diametro).

Tutti gli specchi sono realizzati con lo stesso materiale:carburo di silicio. Questo stesso materiale viene utilizzato anche per la struttura del telescopio al fine di ridurre al minimo l'impatto delle variazioni di temperatura sulla qualità dell'immagine del telescopio.

"Ciò consentirà all'intero telescopio di "respirare" in modo fluido e lento con i cambiamenti di temperatura, migliorando la stabilità delle sue prestazioni, " ha detto Luis Miguel Gaspar Venancio, ingegnere capo del telescopio Euclid.

Tutte le superfici degli specchi vengono prodotte con un grado di perfezione senza precedenti per qualsiasi missione dell'ESA che osservi il cosmo a lunghezze d'onda visibili. Sono necessarie superfici ottiche super lisce a causa dell'estrema sensibilità dell'output scientifico a qualsiasi minima riduzione della qualità dell'immagine.

"La scienza che eseguirà Euclide richiede un telescopio estremamente preciso e stabile, "dice René Laureijs, Scienziato del progetto Euclid.

"Vogliamo misurare minuscole distorsioni della forma delle galassie dovute alla presenza di materia oscura che interviene piegando i percorsi della luce da queste galassie lontane. Misurando miliardi di galassie, possiamo quindi mappare la distribuzione della materia oscura nell'Universo".

Le specifiche vincolanti in termini di qualità ottica sono particolarmente stringenti nel caso dello specchio M1, Il più grande componente ottico di Euclide. Il rivestimento d'argento, Uno specchio parabolico concavo di 1,2 m di diametro è stato recentemente consegnato ad Airbus dal suo produttore francese, Safran Reosc.

La notevole precisione della forma dello specchio primario è tale che, se espansa fino a un diametro di 973 km – equivalente all'estensione nord-sud della Francia – la superficie dello specchio si discosterà dalla sua forma perfetta solo di meno di 1,47 cm. Non solo la sua forma parabolica deve essere estremamente precisa, ma la sua superficie deve essere lucidata con estrema precisione. Per continuare con lo stesso confronto, se lo specchio fosse allargato alle dimensioni della Francia, qualsiasi chiazza di 4 km di diametro non avrebbe "picchi" più alti dello spessore di un capello umano.

L'altra parte dell'ottica di Euclide che è già stata prodotta e testata è la lastra dicroica, che è realizzato in vetro di silice fuso di alta qualità. La sua funzione è quella di dividere spettralmente la luce in ingresso, riflettendo le lunghezze d'onda visibili al Visual Imager (VIS) e quelle del vicino infrarosso allo spettrometro e fotometro del vicino infrarosso (NISP).

Per adempiere al suo ruolo, entrambe le sue superfici sono rivestite con più di 180 strati sottili di materiali dielettrici. Era richiesta un'elevata uniformità di questi rivestimenti sulla piastra di diametro di 117 mm.

Sebbene sia il componente ottico più piccolo, la piastra dicroica è la più critica. Qualsiasi deformazione, o piegarsi, delle superfici dicroiche causate dalla deposizione del rivestimento riflettente e dalle variazioni di temperatura devono essere compensate. Ciò si ottiene regolando lo spessore dei rivestimenti su ciascun lato in modo tale che la deformazione di entrambi i lati avvenga in direzioni opposte.

"Ciò significa che, quando un lato della dicroica viene tirato in una direzione a causa di effetti termomeccanici, poi l'altro lato viene tirato nella direzione opposta – controbilanciando così la deformazione indotta dal primo lato, " disse Venanzio.

Un modello degno di volo della piastra dicroica è stato integrato nel suo supporto finale e testato da Airbus Defense &Space nell'ottobre 2017. I test sono stati eseguiti da Optics Balzers Jena GmbH, il produttore di rivestimenti, per la riflettanza spettrale e la trasmittanza - quanta luce in ingresso viene riflessa e quanta viene trasmessa per lunghezza d'onda - e la misurazione della deformazione superficiale a basse temperature sarà eseguita da AMOS, la lucidatrice dicroica per vetri. Un altro modello degno di un volo della piastra dicroica sarà consegnato ad Airbus entro la fine di novembre 2018.

La produzione degli altri cinque specchi è in corso e tutti dovrebbero essere consegnati ad Airbus Defence &Space tra la fine del 2018 e l'inizio del 2019. Durante questa fase di produzione, si sta misurando la forma di ogni specchio, e viene anche campionata la riflettanza spettrale di due degli specchi piani.

Seguiranno nel 2019 i test del telescopio integrato, una volta che tutte le ottiche sono state montate nella struttura del telescopio.

Nel frattempo, il team ha completato la Critical Design Review (CDR) per tutte le unità e i sottosistemi del satellite. Queste sono pietre miliari formali del progetto per certificare che la progettazione è supportata da analisi e test adeguati, autorizzando la produzione e l'assemblaggio dell'hardware di volo. La navicella spaziale CDR si è svolta con successo all'inizio di quest'anno, e il CDR a livello di missione, che comprende tutti gli elementi della missione:strumenti, navicella spaziale, settore scientifico e operativo di terra – è attualmente in corso e sarà completato alla fine di novembre.

"La consegna del modello di volo dello specchio primario è una pietra miliare molto importante nello sviluppo del progetto, "dice Giuseppe Racca, Responsabile del progetto Euclide.

"Per evitare ritardi, i modelli di volo di molti elementi, come lo specchio primario, sono già stati costruiti, e ora attendiamo con impazienza la revisione del progetto mission-critical come conferma finale che il progetto Euclid è valido in tutti i suoi componenti e può fornire le prestazioni scientifiche richieste".