Lo specchio principale della missione ASTHROS è uno dei più grandi mai volati su una mongolfiera ad alta quota. Lo specchio leggero è rivestito in oro e nichel per renderlo più riflettente nelle lunghezze d'onda del lontano infrarosso. Credito:Media Lario
I telescopi progettati per operare nello spazio devono essere costruiti in modo diverso da quelli destinati ad operare a terra. Ma che dire dei telescopi che operano nel mezzo?
Una prossima missione della NASA utilizzerà un pallone più grande di un campo da calcio per inviare un telescopio a 130.000 piedi (circa 40.000 metri) sopra l'Antartide. Da quell'altezza, il telescopio studierà un fenomeno che soffoca la formazione stellare in alcune galassie, uccidendole di fatto.
La missione, chiamata Astrophysics Stratospheric Telescope for High Spectral Resolution Observations at Submillimeter-wavelengths, o ASTHROS, utilizzerà uno specchio primario (il principale strumento di raccolta della luce di questo telescopio) che è legato al più grande mai volato su un pallone ad alta quota. La costruzione dello specchio da 8,2 piedi (2,5 metri) è terminata questo mese. Progettarlo e costruirlo si è rivelato impegnativo a causa di due requisiti chiave:lo specchio e la sua struttura di supporto devono essere eccezionalmente leggeri per viaggiare in mongolfiera, ma abbastanza forti da impedire all'attrazione della gravità terrestre di deformare la sua forma parabolica quasi perfetta di più di circa 0,0001 pollici (2,5 micrometri):una frazione della larghezza di un capello umano.
Gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California, ASTHROS verrà lanciato non prima di dicembre 2023, girando intorno al Polo Sud per un massimo di quattro settimane. Il programma Scientific Balloon della NASA, gestito dalla Wallops Flight Facility dell'agenzia in Virginia, lancia da 10 a 15 missioni in mongolfiera ogni anno. Queste missioni in genere costano meno delle missioni spaziali e richiedono meno tempo per passare dalla pianificazione iniziale al dispiegamento e impiegano nuove tecnologie che possono essere utilizzate nelle future missioni spaziali.
I pannelli a specchio ASTHROS color oro appaiono sfocati ad occhio nudo, come si vede a sinistra. Ma quando fotografato con una fotocamera a infrarossi, come a destra, il pannello riflette l'immagine di un tecnico con la stessa chiarezza come se la persona si stesse guardando allo specchio. Credito:Media Lario
In alto nella stratosfera, ASTHROS osserverà le lunghezze d'onda della luce bloccate dall'atmosfera terrestre, in un intervallo chiamato lontano infrarosso. Il suo grande specchio migliorerà la capacità del telescopio di osservare sorgenti luminose più deboli e risolverne i dettagli più fini.
Queste capacità sono essenziali per l'approccio della missione allo studio del feedback stellare, il processo mediante il quale le nubi di gas e polvere, gli ingredienti per creare le stelle, vengono disperse nelle galassie, a volte al punto che la formazione stellare si interrompe completamente. Molti processi contribuiscono al feedback, comprese le eruzioni di stelle viventi e le morti esplosive di stelle massicce come supernove. ASTHROS esaminerà diverse regioni di formazione stellare nella nostra galassia in cui hanno luogo questi processi, creando mappe 3D ad alta risoluzione della distribuzione e del movimento del gas. La missione esaminerà anche galassie lontane contenenti milioni di stelle per vedere come si svolge il feedback su larga scala e in ambienti diversi.
"È difficile esplorare il feedback fino in fondo da dove ha origine, sulla scala delle singole stelle, a dove ha un effetto, sulla scala delle galassie", ha affermato Jorge Pineda, ricercatore principale di ASTHROS al JPL. "Con un grande specchio possiamo collegare quei due."
Sospesa da un pallone stratosferico, come mostrato in questa illustrazione, la missione ASTHROS della NASA potrebbe raggiungere un'altitudine di 130.000 piedi (40 chilometri). Da quell'altezza, il telescopio può rilevare lunghezze d'onda della luce che sono bloccate dall'atmosfera terrestre e non possono essere osservate da terra. Credito:NASA/JPL-Caltech
Vincere la sfida
La NASA ha incaricato Media Lario, una società di ottica in Italia, di progettare e produrre l'unità telescopica completa di ASTHROS, compreso uno specchio primario, uno specchio secondario e una struttura di supporto (chiamata culla). Media Lario had previously developed a unique method for manufacturing lightweight infrared and optical telescope mirrors, which the company used to produce many of the panels for the primary mirrors of the Atacama Large Millimeter Array, a group of 66 ground-based telescopes in Chile.
The ASTHROS primary mirror features nine panels, which are significantly easier to fabricate than a one-piece mirror. The bulk of the mirror panels consist of lightweight aluminum, formed into a honeycomb structure that reduces its total mass. The panel surfaces are made of nickel and coated with gold, which improves the mirror's reflectivity at far-infrared wavelengths.
Because the ASTHROS team won't be able to fine-tune the alignment of the panels once the telescope lifts off, the cradle supporting the mirror needs to be lightweight yet exceptionally strong and rigid to prevent any deformation. Carbon fiber would do the trick. So, to build the cradle and other structural components, Media Lario turned to local companies in Italy that typically produce specialized structures for competitive racing boats and cars.
"I think this is probably the most complex telescope ever built for a high-altitude balloon mission," said Jose Siles, the ASTHROS project manager at JPL. "We had specifications similar to a space telescope but on a tighter budget, schedule, and mass. We had to combine techniques from ground-based telescopes that observe in similar wavelengths with advanced manufacturing techniques used for professional racing sailboats. It's pretty unique."
Media Lario will deliver the full telescope unit to NASA in late July. After that, the ASTHROS team will integrate it with the gondola (the structure that holds the entire payload and attaches to the balloon) and other key components. Then they'll begin a series of tests to ensure everything is ready for flight. + Esplora ulteriormente
