Noi umani abbiamo una fame insaziabile di capire l'Universo. Come disse Carl Sagan, "Comprendere è estasi". Ma per capire l'Universo, abbiamo bisogno di modi sempre migliori per osservarlo. E questo significa una cosa: grandi, enormi, enormi telescopi.
In questa serie vedremo i Super Telescopi in arrivo nel mondo:
- The Giant Magellan Telescope
- Il telescopio straordinariamente grande
- Il telescopio da 30 metri
- Il telescopio estremamente grande europeo
- Il grande telescopio sinottico di indagine
- Il telescopio spaziale James Webb
- Il telescopio ad ampio raggio a infrarossi
È facile dimenticare l'impatto che il telescopio spaziale Hubble ha avuto sul nostro stato di conoscenza dell'Universo. In effetti, questa potrebbe essere la migliore misura del suo successo: diamo per scontato Hubble e tutto ciò che abbiamo imparato da esso. Ma sono in fase di sviluppo altri telescopi spaziali, incluso il WFIRST, che sarà molto più potente dell'Hubble. Fino a che punto questi telescopi estenderanno la nostra comprensione dell'Universo?
"WFIRST ha il potenziale per aprire gli occhi alle meraviglie dell'universo, più o meno allo stesso modo di Hubble." - John Grunsfeld, direzione della missione scientifica della NASA
Il WFIRST potrebbe essere il vero successore di Hubble, anche se il James Webb Space Telescope (JWST) è spesso propagandato come tale. Ma potrebbe essere errato persino chiamare WFIRST un telescopio; è più preciso definirlo un osservatorio astrofisico. Questo perché uno dei suoi principali obiettivi scientifici è studiare l'energia oscura, quella forza piuttosto misteriosa che guida l'espansione dell'Universo e la materia oscura, la materia difficile da rilevare che rallenta tale espansione.
WFIRST avrà uno specchio di 2,4 metri, delle stesse dimensioni di Hubble. Ma avrà una fotocamera che espanderà il potere di quello specchio. Wide Field Instrument è una fotocamera a infrarossi multibanda da 288 megapixel. Una volta in funzione, catturerà immagini nitide come quelle di Hubble. Ma c'è un'enorme differenza: The Wide Field Instrument catturerà immagini che coprono oltre 100 volte il cielo di Hubble.
Accanto al Wide Field Instrument, il WFIRST avrà lo strumento coronagrafo. Lo strumento coronagrafo promuoverà lo studio degli esopianeti. Utilizzerà un sistema di filtri e maschere per bloccare la luce da altre stelle e affinare i pianeti in orbita attorno a quelle stelle. Ciò consentirà uno studio molto dettagliato delle atmosfere degli esopianeti, uno dei modi principali per determinare l'abitabilità.
WFIRST dovrebbe essere lanciato nel 2025, anche se è troppo presto per avere una data esatta. Ma quando viene lanciato, il piano è che WFIRST viaggi nel Sole-Terra LaGrange Point 2 (L2.) L2 è un punto gravitazionalmente bilanciato nello spazio in cui WFIRST può fare il suo lavoro senza interruzioni. La missione durerà circa 6 anni.
"WFIRST ha il potenziale per aprire gli occhi alle meraviglie dell'universo, più o meno allo stesso modo di Hubble", ha dichiarato John Grunsfeld, astronauta e amministratore associato della direzione della missione scientifica della NASA presso la sede centrale di Washington. "Questa missione combina in modo univoco la capacità di scoprire e caratterizzare i pianeti al di là del nostro sistema solare con la sensibilità e l'ottica di guardare in profondità nell'universo, nel tentativo di svelare i misteri dell'energia oscura e della materia oscura".
In breve, ci sono due proposte su cosa può essere Dark Energy. La prima è la costante cosmologica, in cui l'energia oscura è uniforme in tutto il cosmo. Il secondo è ciò che è noto come campi scalari, in cui la densità di energia oscura può variare nel tempo e nello spazio.
Dagli anni '90, le osservazioni ci hanno mostrato che l'espansione dell'Universo sta accelerando. Tale accelerazione è iniziata circa 5 miliardi di anni fa. Pensiamo che Dark Energy sia responsabile di quell'espansione accelerata. Fornendo immagini così grandi e dettagliate del cosmo, WFIRST consentirà agli astronomi di mappare l'espansione nel tempo e su vaste aree. WFIRST misurerà anche con precisione le forme, le posizioni e le distanze di milioni di galassie per tracciare la distribuzione e la crescita delle strutture cosmiche, inclusi ammassi di galassie e la materia oscura che li accompagna. La speranza è che questo ci dia un prossimo livello di comprensione quando si tratta di energia oscura.
Se tutto ciò sembra troppo complicato, guardalo in questo modo: sappiamo che l'Universo si sta espandendo e sappiamo che l'espansione sta accelerando. Vogliamo sapere perché si sta espandendo e come. Abbiamo dato il nome "Dark Energy" alla forza che sta guidando quell'espansione, e ora vogliamo saperne di più.
L'energia oscura e l'espansione dell'Universo è un enorme mistero e una domanda che guida i cosmologi. (Vogliono davvero sapere come finirà l'Universo!) Ma per molti di noi, un'altra domanda è ancora più avvincente: siamo soli nell'Universo?
Non ci sarà una risposta rapida a quella, ma ogni risposta che troviamo inizia con lo studio degli esopianeti, ed è qualcosa in cui anche WFIRST eccellerà.
"WFIRST è progettato per affrontare le aree scientifiche identificate come le massime priorità dalla comunità astronomica", ha affermato Paul Hertz, direttore della divisione astrofisica della NASA a Washington. “Lo strumento a campo largo darà al telescopio la possibilità di catturare una singola immagine con la profondità e la qualità di Hubble, ma coprendo 100 volte l'area. Il coronagraph fornirà la scienza rivoluzionaria, catturando le immagini deboli, ma dirette di mondi gassosi distanti e super-Terre. "
"Il coronagraph fornirà scienza rivoluzionaria, catturando le immagini deboli, ma dirette di mondi gassosi distanti e super-Terre." - Paul Hertz, Divisione di astrofisica della NASA
La difficoltà nello studio degli esopianeti è che sono tutte stelle in orbita. Le stelle sono così luminose che rendono impossibile vedere i loro pianeti in ogni dettaglio. È come fissare un faro a miglia di distanza e cercare di studiare un insetto vicino al faro.
Lo strumento coronagrafo a bordo della WFIRST eccellerà nel bloccare la luce delle stelle lontane. Lo fa con un sistema di specchi e maschere. Questo è ciò che rende possibile lo studio degli esopianeti. Solo quando viene trattata la luce della stella, le proprietà degli esopianeti possono essere esaminate.
Ciò consentirà misurazioni dettagliate della composizione chimica dell'atmosfera di un esopianeta. In questo modo su migliaia di pianeti, possiamo iniziare a comprendere la formazione di pianeti attorno a diversi tipi di stelle. Vi sono tuttavia alcune limitazioni allo strumento coronagrafo.
Lo strumento coronagrafo era una specie di aggiunta tardiva a WFIRST. Alcuni degli altri strumenti su WFIRST non sono ottimizzati per funzionare con esso, quindi ci sono alcune restrizioni al suo funzionamento. Sarà in grado di studiare solo i giganti gassosi e le cosiddette Super-terre. Questi pianeti più grandi non richiedono molta finezza per studiare, semplicemente per le loro dimensioni. I mondi simili alla Terra saranno probabilmente al di là del potere dello strumento coronagrafo.
Queste limitazioni non sono un grosso problema a lungo termine. Il Coronagraph è in realtà più una dimostrazione tecnologica, e non rappresenta la fine del gioco per lo studio degli esopianeti. Tutto ciò che viene appreso da questo strumento ci aiuterà in futuro. Ci sarà un eventuale successore di WFIRST un giorno, forse tra decenni, e da quel momento la tecnologia Coronagraph avrà fatto grandi progressi. In quel momento, potrebbero essere possibili istantanee dirette di esopianeti simili alla Terra.
Ma forse non dovremo aspettare così tanto.
Esiste un piano per aumentare l'efficacia del Coronagraph su WFIRST che gli consentirebbe di immaginare pianeti simili alla Terra. Si chiama EXO-S Starshade.
EXO-S Starshade è un sistema di ombreggiatura dispiegabile di 34 m di diametro che bloccherà la luce delle stelle compromettendo la funzione di WFIRST. Si tratterebbe in realtà di un'imbarcazione separata, lanciata separatamente e inviata per l'appuntamento con WFIRST a L2. Non sarebbe vincolato, ma si orienterebbe con WFIRST attraverso un sistema di telecamere e luci guida. In effetti, parte del potere della Starshade è che sarebbe a circa 40.000 a 50.000 km da WFIRST.
Dark Energy ed Exoplanets sono priorità per WFIRST, ma ci sono sempre altre scoperte in attesa di migliori telescopi. Non è possibile prevedere tutto ciò che impareremo da WFIRST. Con immagini dettagliate come quelle di Hubble, ma 100 volte più grandi, ci aspettiamo sorprese.
"Questa missione esaminerà l'universo per trovare gli oggetti più interessanti là fuori." - Neil Gehrels, scienziato del progetto WFIRST
"Oltre alle straordinarie capacità di energia oscura ed esopianeti, WFIRST fornirà un tesoro di dati preziosi per tutti gli astronomi", ha affermato Neil Gehrels, scienziato del progetto WFIRST presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. "Questa missione esaminerà l'universo per trovare gli oggetti più interessanti là fuori."
Con tutti i Super Telescopi che verranno messi in linea nei prossimi anni, possiamo aspettarci scoperte sorprendenti. Tra 10 o 20 anni, le nostre conoscenze saranno notevolmente migliorate. Cosa impareremo su Dark Matter e Dark Energy? Cosa sapremo delle popolazioni di esopianeti?
In questo momento sembra che stiamo solo cercando di capire meglio queste cose, ma con WFIRST e gli altri Super Telescopi, siamo pronti per uno studio più mirato.
