Telescopi Spaziali

Pensare in Grande ai Telescopi Spaziali
a cura di Stefano Simoni

Il razzo Ares V sarà in grado di lanciare missioni con volume e massa impensabili per le capacità degli attuali  razzi vettori,” afferma Philip Stahl, ingegnere ottico di fama internazionale ora in forze presso il MSFC della NASA. Forse, afferma, potremmo usarlo per “lanciare grandi telescopi spaziali”. 
Ma grandi quanto? Ares V sarà in grado di caricare circa 130.000 kg (284.000 libbre; l’8% in più del razzo Saturn V degli anni 60) in orbita terrestre bassa. Progettato per trasporti cargo sulla luna, il razzo sarà largo abbastanza per trasportare specchi primari larghi oltre 8 metri. Giusto per fare un paragone, lo specchio primario di Hubble misura 2.4 metri di diametro.
“Come lavora un astrofisico tipo?” si domanda Stahl. “Costruisce un telescopio gigante sulla cima di una montagna e lo usa per decenni, ma dopo mesi o anni cambia strumentazione o pianifica aggiornamenti per continuare a mantenerlo performante”. Il telescopio spaziale Hubble lavora in maniera analoga, con manutenzione delegata a missioni Shuttle e l’orbita terrestre nei panni del picco di una montagna.

Ma l’obiettivo di Stahl è andare oltre l’orbita terrestre, molto oltre, fino a raggiungere il punto Sole-Terra di Lagrange L2.
Il punto di Lagrange è, fondamentalmente, un’area di parcheggio nello spazio. Se posizioniamo un veicolo spaziale in un punto Sole-terra di Lagrange, esso rimane in una posizione fissa relativa a Sole e Terra. Il matematico del 18° secolo Josef Lagrange dimostrò che vi sono 5 di questi punti, illustrati nel diagramma di seguito.
L1, localizzato a 1.5 milioni di km all’interno della distanza Sole-Terra, è un’ottima posizione per osservatòri solari. La sonda SOHO, ad esempio, è stazionata proprio in L1 e si gode in prima fila la visione del Sole 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
L2 giace nella direzione opposta, 1.5 milioni di km sopra il lato buio della terra. Un punto a favore di L2 è che Sole, Terra e Luna sono concentrati in una piccola porzione di cielo, garantendo a qualsiasi telescopio una vista sullo spazio profondo praticamente priva di ostacoli. La sonda Wilkinson Microwave Anisotropy (WMAP) è stazionata in L2, e sarà sicuramente raggiunta da altre compagne.
“L2 è un’area nello spazio in cui vogliamo posizionare tanti telescopi,” prosegue Stahl. E allora, “perché non lo consideriamo come la vetta di una montagna?” E così Stahl, Marc Postman dello Space Telescope Science Institute e altri all’interno della comunità scientifica spaziale, stanno pensando in grande.

La lista dei desideri sottoposta ad Ares V è molto ambiziosa. Si va da un radiotelescopio con un piatto da 150 metri di larghezza per rilevare sussurri dal profondo spazio, fino ad un box di 5 metri cubi di acqua super-pura circondata da rilevatori di luce per captare i raggi cosmici in base ai flash di luce generati dall’impatto con il liquido. Un telescopio ottico con uno specchio primario fino a 8 metri di diametro potrebbe cercare nelle stelle della Via Lattea, e delle galassie nelle vicinanze, “testimonianze fossili” della loro evoluzione. Per finire, si potrebbe andare a caccia di “luce cinerea”, deboli segni di presenza nella luce riflessa dagli esopianeti.
La risoluzione delle immagini del telescopio sarebbe 3 volte più precisa di quella di Hubble. Ma, cosa più importante, lo specchio vedrebbe circa 11 volte meglio di Hubble poichè l’area di luce raccolta sarebbe 11 volte maggiore.

Fino ad ora, uno specchio di tali dimensioni sarebbe stato troppo grande per essere preso in considerazione. La nuova generazione del James Webb Space Telescope – anche esso diretto in L2 e il cui lancio è previsto per il 2013 – è considerato come il precursore dei grandi telescopi spaziali. Il suo specchio primario di 6.5m sarà composto da segmenti avvolti con cura che si allineeranno in modo preciso una volta giunti a destinazione. Ma il futuro carico utile di ares V previsto dai progettisti NASA copre fino a 12m. Così questo permette a Stahl di considerare il trasporto di un singolo specchio da 8m, simile a quelli dei telescopi terrestri GEMINI.

All’aumentare delle misure, Ares V diminuirà i rischi. “Le limitazioni degli attuali veicoli di lancio impongono rischi di missione legati a performace tecniche, costi e organizzazione per ottenere il massimo con il minimo ingombro.” spiega Stahl. La massa e la misura generosa permissibili ad Ares V eliminano questi vincoli per la maggior parte dei carichi.
Secondo Philip l’elemento chiave delle missioni future sarà la manutenzione.
“Perchè progettare componenti per una durata che va da 10 a 15 anni?” chiede Stahl. “Progettiamo in modo da poter sostituire gli strumenti periodicamente e andare avanti per oltre 50 anni”. La sezione di controllo e strumentazione sarà contenuta in modo che i pezzi di ricambio potranno essere spediti da veicoli di lancio più piccoli ed equipaggiati per rimpiazzare tutti i componenti necessari ad iniziare una nuova campagna di osservazioni scientifiche.
In chiave Postman, L2 rappresenterà “la vetta astronomica per eccellenza”.