Le prime immagini dal telescopio solare Inouye di 4 metri della National Science Foundation, uscito a fine gennaio, ha rivelato il Sole con dettagli sbalorditivi. Le dimensioni del telescopio, il più grande telescopio solare al mondo, hanno permesso ai ricercatori di ingrandire la superficie solare con una risoluzione più elevata che mai.

Ma le dimensioni del nuovo telescopio hanno un altro vantaggio oltre alla capacità di catturare il Sole con una risoluzione senza precedenti. Consentirà inoltre agli scienziati di catturare una quantità di luce senza precedenti.

"Puoi usare un grande telescopio, come il telescopio solare Inouye, due strade, " ha detto Roberto Casini, uno scienziato presso il Centro nazionale per la ricerca atmosferica (NCAR). "Puoi guardare il Sole nei minimi dettagli consentiti dall'apertura del telescopio, oppure puoi sacrificare alcuni di quei dettagli per usare il telescopio come un secchio di fotoni. Il telescopio solare Inouye ci offre un secchio molto grande".

Gli scienziati dell'High Altitude Observatory (HAO) dell'NCAR sperano che l'uso del telescopio come secchio di fotoni darà loro l'opportunità di scoprire nuove firme di polarizzazione attraverso lo spettro della luce visibile che si irradia dal Sole, che potrebbe essere stato troppo debole da trovare con i precedenti telescopi più piccoli. Tali firme, che forniscono agli scienziati indizi critici sul funzionamento degli intricati campi magnetici del Sole, sono più facili da individuare quando è possibile catturare più luce solare.

Per cercare questi segnali, Casini ei suoi colleghi HAO hanno progettato e costruito uno dei cinque strumenti del telescopio solare Inouye:il Visible Spectro-Polarimeter (ViSP). Questo strumento estremamente versatile può osservare qualsiasi lunghezza d'onda attraverso lo spettro visibile della radiazione solare, consentendo agli scienziati un enorme grado di flessibilità da esplorare. Sarà inoltre abbinato a un pacchetto software della struttura che trasformerà rapidamente i dati raccolti da ViSP in un prodotto scientifico. Casini spera che la flessibilità ingegneristica di ViSP e la sua capacità di elaborazione dei dati stimoleranno una rinnovata attenzione sui misteri che la luce polarizzata del Sole può rivelare.

NCAR è sponsorizzato dalla National Science Foundation (NSF). L'Inouye Solar Telescope è gestito dall'Osservatorio solare nazionale della NSF.

Dai pochi ai molti:rendere accessibile la spettropolarimetria

Da più di un secolo, gli scienziati hanno saputo che i campi magnetici influenzano la luce emessa o diffusa dagli ioni nell'atmosfera solare, producendo polarizzazione. Modellando e interpretando la firma di polarizzazione di questi campi, gli scienziati possono tracciare la forma e la struttura su larga scala dei campi magnetici del Sole. In definitiva, questo aiuterà i ricercatori a comprendere meglio le eruzioni solari e come prevederle. Questi eventi violenti producono condizioni meteorologiche spaziali che hanno il potenziale per interrompere le comunicazioni radio, reti elettriche, e segnali GPS, oltre a mettere in pericolo gli astronauti e danneggiare i satelliti.

Ma rilevare e interpretare la luce polarizzata del Sole è sempre stata una sfida. Parte del motivo è che il segnale è in genere molto debole, e gli scienziati devono raccogliere molti fotoni per distinguere quel segnale dallo sfondo non polarizzato del Sole. Anche gli strumenti utilizzati per rilevare la polarizzazione contribuiscono a questa difficoltà perché possono introdurre essi stessi la polarizzazione. Per esempio, gli specchi utilizzati nei telescopi per dirigere il percorso della luce in arrivo al rivelatore polarizzano anche quella luce. L'abilità che è stata necessaria per districare il segnale polarizzato proveniente dal Sole e interpretare quel segnale è piuttosto specializzata.

"La spettropolarimetria solare fino ad oggi è stata un'arte padroneggiata solo da pochi, " ha detto Casini.

HAO ha una lunga storia nella scienza della spettropolarimetria e ha costruito altri strumenti per studiare il Sole, compreso uno spettropolarimetro che è ancora in funzione presso il Dunn Solar Telescope sul Sacramento Peak nel New Mexico. Ma la quantità di osservazioni prese da quello strumento e da altri ha di gran lunga superato la quantità di dati scientifici messi a disposizione della comunità. Questo perché le osservazioni sono strozzate in attesa che uno dei pochi esperti del settore esegua le complesse analisi necessarie per trasformare i dati grezzi in qualcosa di utilizzabile da una vasta gamma di scienziati solari.

Casini, che tiene ancora una scatola di cartone di nastri di Sacramento Peak seduta sul pavimento del suo ufficio finché non ha il tempo di analizzarli, afferma che ViSP e il telescopio solare Inouye sono progettati per rompere questo collo di bottiglia. Lo strumento, che può essere impostato e gestito con un minimo intervento umano, inserirà i dati direttamente nel software della struttura in grado di digerire le informazioni e trasformarle in un prodotto utilizzabile per la scienza.

"Vogliamo superare l'inaccessibilità della scienza della polarimetria e creare dati pronti per la scienza per tutti, " ha detto Casini.

La possibilità di scoprire qualcosa di nuovo

Le mani libere, la progettazione automatizzata di ViSP ha anche un altro netto vantaggio. A differenza dei suoi predecessori, che devono essere riconfigurati manualmente per studiare diverse lunghezze d'onda della luce, La configurazione di ViSP può essere facilmente modificata da una console di computer per osservare qualsiasi lunghezza d'onda nello spettro visibile del sole.

Con più vecchio, spettropolarimetri ad alta intensità di lavoro, gli scienziati tendono ad attenersi a lunghezze d'onda della luce ben testate che sono già note per essere sensibili al magnetismo del sole. Gli scienziati saranno in grado di utilizzare ViSP per studiare queste stesse lunghezze d'onda, e sfruttare la risoluzione del telescopio solare Inouye per osservare questa polarizzazione con dettagli senza precedenti.

Ma ViSP darà anche agli scienziati una licenza per esplorare l'intero spettro della luce visibile, dove potrebbero imbattersi in nuovi segnali polarizzati che non sono mai stati scoperti prima e che potrebbero arricchire la loro comprensione dei campi magnetici del Sole. Trovare questi segnali precedentemente sconosciuti è forse più probabile con ViSP perché, oltre alla flessibilità automatizzata dello strumento, è montato sotto un enorme telescopio capace di far entrare tanta luce. I nuovi segnali polarizzati possono essere più deboli di quelli già noti, e la loro rilevazione richiederà un pool di fotoni ancora più grande per isolare il segnale dal rumore.

"Perché questo è il più grande telescopio solare, offre davvero l'opportunità di cercare nuove cose, cose che potrebbero essere state trascurate in passato perché non avevamo abbastanza potere di raccolta della luce, — disse Casini. — Adesso abbiamo luce a sufficienza.

ViSP è ancora nel processo finale di accettazione del sito e verifica scientifica, durante la quale Casini ei suoi colleghi si accingono a dimostrare che lo strumento soddisfa tutti i requisiti promessi ed è quindi scientificamente valido. Una volta completato questo processo, lo strumento inizierà le operazioni scientifiche. In definitiva, tutti gli strumenti del telescopio, compreso ViSP, sarà disponibile per l'uso da parte dei ricercatori di tutto il mondo. Casini, per uno, è entusiasta di ciò che i ricercatori solari potrebbero apprendere.

"Abbiamo davvero prodotto uno strumento che ti permette di esplorare lo spettro visibile del Sole come vuoi, e potremmo essere sorpresi da ciò che troviamo, " ha detto. "C'è molto che possiamo ancora imparare dalla scoperta fortuita".