Uno degli osservatori più notevoli al mondo fa il suo lavoro non su una cima di montagna, non nello spazio, ma alto 45.000 piedi su un Boeing 747. Nick Howes ha dato un'occhiata a questo aereo di linea unico mentre faceva il suo primo atterraggio in Europa.
La SOFIA (Osservatorio stratosferico per l'astronomia a infrarossi) è nata da un'idea sviluppata per la prima volta a metà degli anni '80. Immagina, affermano gli scienziati, che utilizzano un Boeing 747 per trasportare un grande telescopio nella stratosfera dove l'assorbimento della luce infrarossa da parte delle molecole d'acqua atmosferiche è drasticamente ridotto, anche rispetto ai più alti osservatori terrestri. Nel 1996 quell'idea aveva fatto un passo in avanti verso la realtà quando il progetto SOFIA fu formalmente concordato tra la NASA (che finanzia l'80% del costo della missione di 330 milioni di dollari, un importo paragonabile a una singola missione spaziale modesta) e il Centro aerospaziale tedesco (DLR, che finanzia l'altro 20 percento). La ricerca e lo sviluppo sono iniziati sul serio utilizzando un Boeing 747SP altamente modificato chiamato "Clipper Lindburgh" dal nome del famoso pilota americano, e dove "SP" sta per "Prestazioni speciali".
I voli di prova inaugurali sono stati effettuati nel 2007, con SOFIA che opera presso il Dryden Flight Research Center della NASA presso la base aeronautica Edwards nel Rogers Dry Lake in California, un luogo piacevole e asciutto che aiuta la strumentazione e l'aereo a livello operativo.
Mentre l'aereo visitava il centro di addestramento per astronauti dell'Agenzia spaziale europea a Colonia, in Germania, mi è stata data la rara opportunità di guardarmi attorno in questo magnifico aereo come parte di un "Tweetup" dello spazio europeo (una riunione su Twitter). Ciò che fu immediatamente evidente fu la lunghezza più breve dell'aereo rispetto a quella su cui voli abitualmente, che consente all'aeromobile di rimanere in volo più a lungo, un aspetto cruciale per il suo passeggero più importante, il telescopio SOFIA da 2,7 metri. Il suo specchio primario delle dimensioni di Hubble Space Telescope è rivestito in alluminio e fa rimbalzare la luce a un secondario di 0,4 metri, il tutto in una struttura a gabbia aperta che sporge letteralmente dal lato dell'aeromobile.
Come abbiamo visto, la logica per posizionare un telescopio da più tonnellate su un aereo è che così facendo è possibile sfuggire alla maggior parte degli effetti di assorbimento della nostra atmosfera. Le osservazioni agli infrarossi sono in gran parte impossibili per gli strumenti a terra o vicino al livello del mare e solo parzialmente possibilmente anche su alte montagne. Il vapore acqueo nella nostra troposfera (lo strato inferiore dell'atmosfera) assorbe così tanta luce infrarossa che tradizionalmente l'unico modo per batterlo era inviare un veicolo spaziale. SOFIA può riempire una nicchia facendo quasi lo stesso lavoro ma con rischi molto meno e con una durata di vita molto più lunga. L'aeromobile ha sofisticate telecamere di monitoraggio a infrarossi per controllare la propria uscita e il monitoraggio del vapore acqueo per misurare il poco assorbimento che si sta verificando.
Lo specchio da 2,7 metri (sebbene in realtà solo 2,5 metri sia realmente utilizzato nella pratica), utilizza un composito di vetroceramica che è altamente tollerante dal punto di vista termico, il che è vitale date le dure condizioni in cui l'aeromobile attraversa il telescopio isolato. Se si immagina la difficoltà che gli astronomi dilettanti hanno alcune notti con stabilità del telescopio in condizioni burrascose, risparmiare un pensiero per SOFIA, il cui enorme telescopio riflettore Cassegrain f / 19.9 deve fare i conti con una porta aperta verso
800 chilometri all'ora (500 miglia all'ora) venti. In genere alcune operazioni avverranno a 39.000 piedi (circa 11.880 metri) anziché al possibile soffitto di 45.000 piedi (13.700 metri), perché mentre l'altitudine più elevata offre condizioni leggermente migliori in termini di mancanza di assorbimento (ancora al di sopra del 99 percento del vapore acqueo che causa la maggior parte dei problemi), il carburante aggiuntivo necessario significa che i tempi di osservazione si riducono significativamente, facendo 39.000
altezza dei piedi operativamente migliore in alcuni casi per raccogliere più dati. L'aeromobile utilizza un sistema di aspirazione dell'aria progettato in modo intelligente per incanalare e incanalare il flusso d'aria e la turbolenza lontano dalla finestra del telescopio aperto e, parlando con i piloti e gli scienziati, tutti concordarono sul fatto che non vi era alcun effetto causato dall'uscita dai motori dell'aeromobile. .
Stare bene
Le telecamere e l'elettronica di tutti gli osservatori a infrarossi devono essere mantenute a temperature molto basse per evitare che il rumore termico da esse si riversi nell'immagine, ma SOFIA ha un asso nella manica. A differenza di una missione spaziale (ad eccezione delle missioni di manutenzione del telescopio spaziale Hubble che costano ciascuna $ 1,5 miliardi incluso il prezzo di lancio di una navetta spaziale), SOFIA ha il vantaggio di essere in grado di sostituire o riparare strumenti o rifornire il suo refrigerante, consentendo una durata stimata di almeno 20 anni, molto più lunga di qualsiasi missione a infrarossi basata sullo spazio che si esaurisce con il refrigerante dopo alcuni anni.
Nel frattempo il telescopio e la sua culla sono un'impresa di ingegneria. Il telescopio è praticamente fissato in azimut, con solo un gioco di tre gradi per compensare l'aereo, ma non ha bisogno di muoversi in quella direzione poiché l'aereo, pilotato da alcuni dei migliori della NASA, compie quel dovere. Può funzionare tra 20 e 60 gradi di altitudine durante le operazioni scientifiche. È stato tutto progettato per tolleranze che fanno cadere la mascella. La sfera portante, ad esempio, è lucidata con una precisione inferiore a dieci micron e i giroscopi laser forniscono incrementi angolari di 0.0008 secondi d'arco. Isolato dal velivolo principale da una serie di paraurti in gomma pressurizzata, che sono compensati in altezza, il telescopio è quasi completamente libero dalla massa principale del 747, che ospita i computer e i rack che non solo fanno funzionare il telescopio ma forniscono la stazione base per tutti gli scienziati osservatori che volano con l'aereo.
PI in the Sky
La stazione investigativa principale si trova intorno al punto medio del velivolo, a diversi metri dal telescopio ma racchiusa nell'aereo (esposto all'aria a 45.000 piedi, l'equipaggio e gli scienziati verrebbero altrimenti uccisi all'istante). Qui, per dieci o più ore alla volta, gli scienziati possono raccogliere dati una volta che la porta si apre e il telescopio punta verso l'obiettivo prescelto, con i piloti che seguono un percorso di volo preciso per mantenere l'accuratezza di puntamento dello strumento e anche per evitare al meglio la possibilità di turbolenza. Mentre i telescopi terrestri possono rispondere rapidamente ad eventi come una nuova supernova, SOFIA è più regolata nelle sue operazioni scientifiche e, con cicli di proposta da sei mesi a un anno, si deve pianificare in modo abbastanza preciso come osservare meglio un oggetto.
Previsioni per il futuro
Le operazioni scientifiche sono iniziate nel 2010 con FORCAST (Faint Object Infrared Camera for Sofia Telescope) e sono proseguite nel 2011 con lo strumento GREAT (German Receiver for Astronomy at Teraherz Frequencies). FORCAST è uno strumento a infrarossi medio / lontano che lavora con due telecamere tra cinque e quaranta micron (in tandem possono funzionare tra 10–25 micron) con un campo visivo di 3.2 arcminute. Ha visto la prima luce su Giove e la galassia Messier 82, ma lavorerà sull'imaging del centro galattico, sulla formazione stellare nella spirale e sulle galassie attive e anche guardando le nuvole molecolari, uno dei suoi principali obiettivi scientifici che consente agli scienziati di determinare con precisione le temperature della polvere e maggiori dettagli sulla morfologia delle regioni di formazione stellare fino a una risoluzione inferiore a tre secondi d'arco (a seconda della lunghezza d'onda su cui lavora lo strumento). Accanto a questo, FORCAST è anche in grado di eseguire spettroscopia di grism (cioè un prisma a reticolo), per ottenere informazioni più dettagliate sulla composizione degli oggetti in vista. Non esiste un sistema di ottica adattiva, ma non ne ha bisogno per i tipi di operazioni che sta eseguendo.
FORCAST e GREAT sono solo due degli strumenti "di base" per le operazioni scientifiche, che includono anche spettri Echelle, spettrometri a infrarossi lontani e telecamere a banda larga ad alta risoluzione, ma già il team scientifico sta lavorando a nuovi strumenti per la prossima fase delle operazioni. Il cambio di strumentazione, sebbene complesso, è relativamente rapido (paragonabile al tempo necessario per cambiare strumenti su osservatori terrestri più grandi) e può essere realizzato in prontezza per le osservazioni, che l'aereo mira a fare fino a 160 volte l'anno. E mentre non c'erano piani fermi per costruire una nave gemella per SOFIA, ci sono state discussioni tra gli scienziati per mettere un telescopio più grande su un Airbus A380.
Sky Outreach
Con un programma di ambasciatore scientifico pianificato che coinvolge insegnanti che volano sull'aereo per fare ricerche, il profilo pubblico di SOFIA crescerà. La produzione scientifica e le possibilità di strumenti in costante evoluzione, utili e migliorabili ogni volta che atterra sono incommensurabili rispetto alle missioni spaziali. Solo di recente ai giornalisti è stata offerta la possibilità di visitare questo straordinario aereo, ed è stato un privilegio e un onore essere una delle prime persone a vederlo da vicino. A tal fine, desidero ringraziare l'ESA e la NASA per l'invito e la possibilità di vedere qualcosa di così unico.
