Cinquantotto giorni fa, in una mattina quasi senza vento sulla piattaforma di ghiaccio di Ross, un pallone grande quanto uno stadio ha preso il volo sopra l'Antartide, portando con sé la tecnologia del lontano infrarosso dell'Osservatorio Steward dell'Università dell'Arizona alla ricerca di indizi sul ciclo di vita stellare in la nostra galassia e oltre.
GUSTO, abbreviazione di Galactic/Extragalactic ULDB Spectroscopic Terahertz Observatory, ha ora battuto il record di missione con pallone pesante con volo più lungo della NASA, che in precedenza era di 55 giorni, 1 ora e 34 minuti. Attualmente, l’enorme pallone a pressione zero sta cavalcando correnti d’aria stratosferiche a 120.000 piedi sopra il continente antartico, raccogliendo emissioni radio nel lontano infrarosso dalla materia tra le stelle. GUSTO ha superato il record precedente alle 10:22 di sabato, ora di Tucson.
I deboli segnali terahertz che GUSTO cerca, con frequenze fino a un milione di volte superiori alle onde emesse da una radio FM, vengono facilmente assorbiti dal vapore acqueo nell'atmosfera terrestre prima che possano raggiungere i telescopi terrestri. Solo i luoghi molto asciutti o ad alta quota sono adatti per gli osservatori che catturano alcuni di questi fotoni sfuggenti, come l'alto deserto di Atacama e il Polo Sud.
Alla ricerca di condizioni più asciutte, "siamo spinti ad andare in luoghi sempre più remoti", ha affermato Chris Walker, professore di astronomia dello Steward Observatory, ricercatore principale della missione GUSTO, che ha lavorato a progetti di telescopi in Antartide dal 1994. La scienza dei palloni aerostatici apre nuove possibilità per il campo in rapida evoluzione della spettroscopia terahertz, consentendo agli osservatori di raccogliere segnali nel lontano infrarosso prima che si perdano negli strati inferiori dell'atmosfera, a una frazione del costo di un telescopio completamente spaziale.
I telescopi a palloncino come GUSTO uniscono la forza dell’osservazione spaziale con la vicinanza delle operazioni basate sulla Terra e comportano sfide uniche. Un lancio riuscito richiede una finestra meteorologica perfetta, con basse velocità del vento sia al suolo che nella stratosfera.
Quando le condizioni lo consentono, il lancio stesso è uno spettacolo altamente drammatico. I camion di supporto guidati sulla piattaforma di ghiaccio convogliano l'elio nel pallone, che orza e sbatte "come una vela" mentre si riempie, ha detto Walker. "Inizi a sentire il flusso dell'elio mentre il palloncino si gonfia, e quando lo lasciano andare, rimbomba mentre si apre." Questo è un momento delicato:se c'è un'imperfezione o un wind shear, il pallone può distruggersi. Riguardo al progetto da record, Walker ha affermato che "il volo in mongolfiera è la cosa più difficile che abbia mai fatto a livello professionale, ma è anche la più gratificante".
Se tutto va bene, come è successo per GUSTO, il pallone solleva il telescopio all'interno della sua gondola specializzata e lo trasporta a 22 miglia sopra la Terra, fino al remoto punto di giunzione tra la stratosfera e lo spazio. Da qui, gli astronomi si affidano alle correnti circolari del vento sopra il continente antartico durante l'estate dell'emisfero australe per trasportare il pallone in ampi giri, raccogliendo le tracce luminose delle sostanze chimiche cosmiche.
A bordo di GUSTO, i rilevatori di linee di emissione raccolgono informazioni molecolari sul mezzo interstellare:il gas e la polvere cosmici tra le stelle che danno vita a nuove stelle e galassie.
"Facevamo tutti parte del mezzo interstellare:ogni atomo e molecola nel nostro corpo era a un certo punto gas e polvere che scorrevano tra le stelle", ha detto Walker. A complicare le cose, la chimica dell’universo è diversa oggi rispetto a dopo il big bang. Per comprendere la storia della formazione stellare nell'universo (e, per estensione, la storia delle nostre origini), gli astronomi sono interessati a confrontare la composizione del mezzo interstellare in galassie di età diverse.
GUSTO mira a mappare la distribuzione di carbonio, ossigeno e azoto nella giovane Via Lattea e nella vicina Grande Nube di Magellano, che ha caratteristiche paragonabili a galassie molto più antiche. Un confronto tra le due galassie aiuterà il team GUSTO a fornire il primo studio spettroscopico completo di tutte le fasi del ciclo di vita stellare, dallo sviluppo delle nubi di gas interstellari, alla formazione di vivai stellari, alla nascita ed evoluzione delle stelle. /P>
La missione GUSTO ha percorso un lungo cammino per raggiungere la stratosfera. Il team di Walker ha presentato una proposta per il programma Explorer della NASA nel 2014 e il progetto è stato selezionato dalla NASA nel 2017. La gondola per la missione è stata costruita dal Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University; Il team di Walker dello Steward Observatory dell'UArizona ha fornito il telescopio e la strumentazione, chiamata "carico utile", lavorando insieme a vari partner tra cui il Jet Propulsion Laboratory della NASA.
Nell'agosto 2023, il team GUSTO ha eseguito un hang test presso la Columbia Scientific Balloon Facility della NASA in Palestina, in Texas. Da lì, la gondola e il carico utile completamente integrati, del peso di un SUV, hanno viaggiato verso l'Antartide a bordo di un aereo cargo C-130H della NASA:la prima volta che una missione in mongolfiera è stata spedita completamente assemblata per via aerea. In Antartide, il team GUSTO ha trascorso i mesi autunnali e invernali effettuando viaggi giornalieri di 12 chilometri dalla stazione McMurdo all'hangar per preparare il telescopio al lancio, viaggiando a bordo di furgoni antartici con colossali pneumatici a bassa pressione attraverso il terreno ghiacciato.
Il 31 dicembre, un decennio dopo che il team GUSTO aveva presentato la sua proposta di ricerca, la missione è stata lanciata in mezzo a venti deboli e cieli limpidi, con il pallone bianco che si gonfiava sullo sfondo ghiacciato del Monte Erebus.
Nel campus dell'UArizona, i ricercatori GUSTO continuano ad esercitare la resistenza in condizioni estreme. Mentre molti membri del team GUSTO si sono recati alla stazione McMurdo per prepararsi al lancio della missione, Craig Kulesa, professore di ricerca associato all'Osservatorio Steward e vice ricercatore principale del GUSTO, si è "schierato" nell'Applied Research Building nel campus dell'UArizona, ha detto Walker. Da lì, in una stanza senza finestre, Kulesa gestisce il carico utile in volo, spesso dormendo sul pavimento e condividendo i controlli con una squadra dell'Osservatorio Steward.
I dati arrivano in tempo reale attraverso una rete diversificata di tecnologie di telecomunicazione, inclusi i satelliti geosincroni, Iridium e StarLink. I membri del team GUSTO di UArizona e Johns Hopkins lavorano 24 ore su 24 per monitorare e gestire in remoto rispettivamente la strumentazione e la cabinovia. Una linea Zoom attiva 24 ore su 24 collega partner in tutti i continenti, da Harvard all'Olanda.
Visualizzando un feed dal vivo della traiettoria di volo di GUSTO, Walker ha mostrato il percorso che il pallone ha già percorso sopra il continente di 5,4 milioni di miglia quadrate, ciascuno con un colore diverso sullo schermo. La missione non ha una data fissa per l'atterraggio:per la prima volta, la NASA ha dato l'autorizzazione affinché il pallone possa volare il più a lungo possibile, anche se si allontana oltre il confine del continente antartico o atterra dove non può essere recuperato. /P>
Sarà la missione stratosferica per carichi pesanti più lunga della storia. Del volo da record.
"GUSTO ha dimostrato che i palloncini possono essere utilizzati per fare scienza davvero rivoluzionaria, non solo per pochi giorni, ma per settimane e settimane di tempo", ha affermato Walker.
La durata del volo sarà in definitiva dettata dalla durata di funzionamento del sistema di raffreddamento (a bordo, un serbatoio di elio liquido dovrebbe durare fino a marzo) e dal cambiamento della temperatura man mano che le giornate antartiche iniziano ad accorciarsi. Mongolfiere come GUSTO possono effettuare missioni di lunga durata solo durante l'estate nelle regioni polari, dove il pallone rimane costantemente esposto alla luce solare e non affonda nell'aria fresca della notte.
Le tracce blu, verdi e rosse sovrapposte dei circuiti di volo di GUSTO appaiono piccole sullo schermo di Walker, ma rappresentano un enorme passo avanti nell'astronomia terahertz:4.800 libbre di tecnologia UArizona che si muovono ai margini estremi dell'atmosfera più a lungo che mai.
Se la prossima proposta di ricerca di Walker verrà approvata, la stessa strumentazione attualmente a bordo di GUSTO potrebbe essere testata nello spazio, alla ricerca delle sfuggenti tracce del lontano infrarosso dei sistemi di formazione planetaria e delle zone abitabili.
"Se non stai spingendo oltre il limite, qual è il punto?" ha detto Walker.
Fornito dall'Università dell'Arizona
