Telescopio Estremamente Grande (ELT): La più grande meraviglia dell’astronomia

Il Telescopio Estremamente Grande Batterà Record Astronomici

Il progresso dell’astronomia è in gran parte in sintonia con i progressi tecnici nella produzione di telescopi. Dai primi modelli fatti a mano da Galileo, alla potenza tecnologica della collaborazione internazionale di oggi, questo rimane vero.

Un altro passo è stato spostare i telescopi fuori dalla Terra e in orbita, come con il telescopio Hubble e più recentemente con il James Webb space telescope (segui il link per un’analisi dettagliata di quel megaprogetto scientifico).

Il motivo per cui i telescopi spaziali sono più efficaci è che sono immuni alle interferenze dell’atmosfera terrestre e del meteo, che possono ridurre la qualità dell’immagine.

Tuttavia, i telescopi basati sulla Terra hanno ancora alcuni vantaggi rispetto a quelli spaziali. In particolare, la loro potenziale dimensione, poiché sollevare grandi apparecchiature in orbita è ancora un compito estremamente complesso e costoso.

L’alimentazione, la manutenzione e gli aggiornamenti tecnici sono anche molto più facili da eseguire a terra, mentre i telescopi spaziali sono praticamente impossibili da riparare o modificare in seguito, soprattutto telescopi a milioni di chilometri dalla Terra, come il James Webb space telescope.

Ancora in costruzione, un progetto chiamato Extremely Large Telescope (ELT) sta dimostrando il potenziale dei telescopi basati sulla Terra. Con sede in Cile, sarà il più grande telescopio al mondo mai costruito, diverse volte più grande del precedente record, e rappresenta una meraviglia dell’ingegneria.

Una Lunga Serie di Grandi Telescopi Cileni

L’ELT è l’ultimo progetto della comunità internazionale di astronomi per decifrare i misteri dell’Universo.

Nella stessa zona in cui si trova l’ELT c’è l’Paranal Observatory, gestito dall’European Southern Observatory (ESO), a 23 chilometri (14 miglia) dal sito di costruzione dell’ELT.

Fonte: ESO

Paranal è il sito del Very Large Telescope (VLT), l’antenato del Telescopio Estremamente Grande (ELT), ora in costruzione. Il VLT è stato gestito dal 1998 dall’ESO, e utilizzava quello che all’epoca era uno specchio primario record di 8,2 metri (27 ft) di diametro.

L’ELT supererà il VLT, con uno specchio segmentato primario di 39,3 metri di diametro (130 piedi).

Perché il Cile?

La stessa posizione cilena è utilizzata dall’Vera C. Rubin Observatory, un telescopio di sondaggio che osserva l’intero cielo visibile in una sola volta, e utilizza IA avanzata per rilevare cambiamenti nell’attività delle stelle.

L’ELT sarà anch’esso situato in Cile, che offre alcune delle migliori condizioni per l’astronomia.

Il sito scelto ha in media 270 notti limpide all’anno.

Vera C. Rubin, VLT e presto l’ELT sono tutti situati ad alta quota, con l’ELT costruito a 3.046 m (9.993 ft) sopra il livello del mare.

Cerro Armazones una volta si trovava a 10.052 piedi (3.064 m) sopra il livello del mare, ma nel giugno 2014 la cima è stata spazzata via per livellare la vetta per la costruzione, riducendo di 60 piedi (18 m) la sua altezza e rimuovendo ~220.000 m³ di roccia (263.000 iarde quadrate).

Fonte: ELT

Questa alta quota aiuta a ridurre le perturbazioni atmosferiche, ulteriormente favorita dall’aria molto secca del deserto, e fornisce anche un sito piuttosto isolato, lontano dall’inquinamento luminoso delle grandi città.

La posizione di Cerro Armazones nel deserto secco cileno ad alta quota lo rende ideale per le osservazioni astronomiche.

L’altitudine del sito sopra il livello del mare non pone problemi logistici per le operazioni, soddisfacendo al contempo i requisiti scientifici per bassa umidità precipitatabile e basse temperature operative.

Le precipitazioni annuali sono dell’ordine di 100 mm, con un valore medio di umidità relativa del 15%.

Panoramica dell’ELT

Costruzione

Discutito dal 2005, il progetto ELT è stato avviato nel 2010, quando furono inizialmente considerati più siti in Cile e altri paesi (Argentina, Isole Canarie, Marocco, Antartide), prima che la cima del monte Cerro Armazones fosse scelta, in parte per la sua vicinanza all’infrastruttura esistente dell’Osservatorio di Paranal.

Fonte: ELT

Nel 2012, il progetto è stato approvato dal Consiglio dell’ESO, e i lavori di costruzione sono iniziati nel 2014.

Inizialmente chiamato European Extremely Large Telescope (E-ELT), il nome del progetto è stato abbreviato in ELT nel 2017.

La costruzione ha raggiunto il 50 % nel 2023, e il primo segmento dello specchio è arrivato in Cile nel 2024, con lo specchio secondario previsto per il 2025.

Ulteriori progressi sono attesi nel 2026 con la struttura finalmente completata, e nel 2027 con gli specchi terziari e M4 e M5 completati, così come lo specchio primario principale.

L’ELT dovrebbe ricevere la “prima luce” nel 2029 e le prime osservazioni scientifiche nel 2030. Dovrebbe operare per più di 30 anni da quel momento.

Fonte: Cosmos Magazine

Nel complesso, l’intera costruzione è massiccia, quasi alta quanto la Statua della Libertà e molto più grande.

Fonte: Space.com

Durante questa fase iniziale, le opzioni di design sono state discusse dagli scienziati e dai paesi partner del progetto.

Il design attuale è stato preferito rispetto a un concetto più ambizioso ma meno realistico, il Telescopio Estremamente Grande Overwhelmingly Large Telescope, con uno specchio massiccio di 100 m (328 ft) di diametro, considerato troppo costoso e complesso da costruire.

Sebbene la maggior parte dei problemi tecnici sia stata risolta, è stata un’impresa complessa, che ha riunito il lavoro di più di 170 scienziati, organizzati in diversi gruppi di lavoro, creando una simulazione del futuro telescopio e di come ottimizzare la sua capacità di generazione di immagini.

Fonte: ELT

In totale, l’ELT dovrebbe costare circa €1,45 miliardi, con il suo budget già interamente garantito.

Obiettivi dell’ELT

Il Telescopio Estremamente Grande è progettato per rispondere ad alcune delle più grandi domande dell’astronomia. I suoi principali obiettivi scientifici includono:

1. Il Sistema Solare

Studiare le atmosfere dei giganti gassosi, l’attività vulcanica sulle lune di Giove e Saturno, la cintura di asteroidi e gli oggetti ghiacciati della Fascia di Kuiper.

2. Esopianeti

Immaginare direttamente pianeti rocciosi nelle zone abitabili e analizzare le loro atmosfere per vapori d’acqua, ossigeno e metano usando lo spettrografo ANDES.

3. Stelle

Indagare come le stelle si formano ed evolvono in diversi ambienti.

4. Buchi Neri

Tracciare le stelle che orbitano vicino a Sagittarius A* per comprendere meglio il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea.

5. Galassie

Identificare galassie estremamente distanti e ampliare le scoperte effettuate dal James Webb Space Telescope.

6. Materia Oscura

Esplorare il legame tra materia oscura e lampi di raggi gamma.

7. Fisica Fondamentale

Testare se le costanti della natura, come la velocità della luce e il rapporto massa protone/massa elettrone, siano cambiate nel tempo cosmico.

8. Sorprese Ancora da Venire

Come la scoperta inaspettata dell’energia oscura da parte di Hubble nel 1998, l’ELT potrebbe rivelare fenomeni completamente nuovi.

Specifiche Tecniche dell’ELT

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Lo specchio principale dell’ELT, di 39,3 metri di diametro (128 ft), sarà costruito usando 798 segmenti esagonali, risultando in un’area di raccolta della luce di 978 metri quadrati (10.527 piedi quadrati).

In totale, tutti gli specchi dell’ELT consumeranno 140 tonnellate di vetro-ceramica Zerodur (vetro-ceramica litio-aluminosilicato), un prodotto di proprietà della tedesca Schott AG, filiale della Carl Zeiss Foundation, esperta in tecnologia di fusione di vetro di precisione.

Fonte: ELT

Questo telescopio è progettato per catturare e analizzare luce visibile e vicino all’infrarosso. Catturerà 20 volte più luce di un’unità del VLT, 8 000 000 di volte più luce del telescopio di Galileo e 100 milioni di volte più luce dell’occhio umano.

Tra gli altri dati impressionanti dell’ELT si possono citare:

• 30 milioni di bulloni sono stati usati per la struttura della cupola, che pesa 6.100 tonnellate.
• La struttura principale pesa quanto 3.700 tonnellate, e in totale saranno usati 10.000 tonnellate di acciaio.
• I telescopi e i sistemi associati utilizzano 500 km (310 miglia) di cavi elettrici e 1.500 km (930 miglia) di fibra ottica.

Fonte: ELT

Gli Specchi dell’ELT

L’ELT utilizzerà un design a 5 specchi che ingrandirà le immagini stellari attraverso un sistema complesso, riflettendo infine l’immagine in un punto specifico.

Lo specchio M1 cattura la luce stellare, poi la reindirizza allo specchio convesso M2, il più grande specchio secondario mai impiegato su un telescopio, che riflette l’immagine su M3.

L’immagine viene poi inviata allo specchio piatto adattivo (M4) sopra di esso, che regolerà la sua forma mille volte al secondo per correggere le distorsioni causate dalla turbolenza atmosferica.

Infine, l’immagine è inviata a M5, uno specchio piatto e inclinabile che stabilizzerà l’immagine e la invierà agli strumenti dell’ELT.

M1

Questo specchio, con i suoi 798 segmenti esagonali individuali, ciascuno di 1,4 metri di larghezza. Ogni componente pesa 250 kg e ha uno spessore di circa 5 cm (2 pollici).

Fonte: ELT

Poiché ciascun componente deve funzionare come un unico specchio, la sua posizione deve essere controllata con estrema precisione. Deve mantenere un’accuratezza di decine di nanometri (10 000 volte più sottile di un capello umano) su tutto il diametro di 39 metri.

Per evitare flessioni o impatti dovuti all’espansione termica, ogni segmento è supportato da un whiffletree a 27 punti, un meccanismo che distribuisce uniformemente il supporto sul retro del segmento usando 27 punti di contatto.

In totale, lo specchio utilizza 2.500 attuatori di posizionamento (PACT) e 9.000 sensori di bordo per mantenere gli elementi dello specchio perfettamente allineati tra loro.

M2 & M3

Questi 2 specchi curvi sono usati per formare un’immagine utilizzabile dalla luce raccolta dallo specchio M1.

Il M2 è uno specchio di 4,25 metri di diametro, il più grande specchio secondario ottico mai usato su un telescopio.

Il M3 ha un diametro di 4 metri, e ciascuno pesa circa 3 tonnellate.

Fonte: ELT

Una difficoltà aggiuntiva è stata sospendere il M2 capovolto sopra il M1, a 60 m dal suolo.

Per allineare lo specchio M2, l’intero assemblaggio sarà spostato usando sei attuatori di posizionamento (esapodi). L’accuratezza relativa di questo esapodo, che si muove ogni pochi minuti, è nell’ordine del sub‑µm.

M4

M4 è il più grande specchio adattivo mai costruito e correggerà la turbolenza atmosferica e le vibrazioni residue del telescopio stesso.

“Specchio adattivo” significa che la sua superficie può essere deformata, grazie a più di 5.000 attuatori che cambiano la forma dello specchio fino a 1.000 volte al secondo.

Lo specchio M4 utilizza lo stesso principio di un altoparlante; lo specchio è costituito da una sottile conchiglia che levita a 90 micron dal suo piano di riferimento (corrispondente allo spessore di un foglio A4 standard), e agisce come una membrana che si deforma sotto l’effetto di circa 5.000 attuatori a bobina mobile.

M4 misura 2,4 metri di diametro (8 ft). Sarà composto da sei segmenti sottili, ciascuno spesso solo 1,95 mm (0,1 pollice) e realizzato in vetro ceramico.

Per determinare le correzioni necessarie, il telescopio creerà “stelle artificiali nel cielo” usando potenti laser per eccitare atomi di sodio nell’alta atmosfera terrestre e misurandone la sfocatura. Più potenti sono i laser, più atomi di sodio eccitano, rendendo la stella artificiale più luminosa e migliorando la correzione della turbolenza.

Fonte: ELT

M5

Questo specchio è responsabile di inviare l’immagine finale, corretta dall’interferenza di M4, alla fotocamera digitale che registra l’immagine catturata.

M5 sarà uno specchio piatto ed ellittico di 2,7 × 2,2 metri, costruito da sei segmenti leggeri in carburo di silicio saldati insieme.

L’unità stabilizza anche i movimenti dell’immagine, indotti dai meccanismi del telescopio e dalle vibrazioni del vento, regolando l’inclinazione del mirino di qualche decina di milli‑arcsec.

Partner dell’ELT

Per gestire la produzione di questi meccanismi di controllo ultra‑precisi e del “vetro” altrettanto ultra‑specializzato, i partner industriali, per lo più aziende europee, sono stati essenziali per il progetto.

Tra i più strumentali, chiave nella produzione del vetro e nella sua successiva lucidatura alla precisione richiesta, vi erano rispettivamente la tedesca Schott AG e la francese Safran. VDL ETG Projects B.V. nei Paesi Bassi è responsabile della produzione e del collaudo dei supporti dei segmenti, che fungono da spina dorsale dello specchio.

Molti altri partner industriali e accademici dell’ELT hanno fornito design, trasporto, costruzione, attrezzature speciali, strumenti di misura, implementi meccanici, scambiatori di calore, telecamere, ecc.

Fonte: ELT

Strumenti dell’ELT

Oltre allo specchio che cattura la luce di pianeti e stelle lontane, molti strumenti analizzeranno tale luce per consentire agli scienziati di studiarla. Lo strumento più importante per l’ELT sarà:

• MORFEO (Multiconjugate Adaptive Optics Relay For ELT Observations): questo strumento non produrrà un’immagine da solo, ma aiuterà a compensare la distorsione della luce causata dalla turbolenza atmosferica terrestre che rende le immagini astronomiche sfocate.
• HARMONI (High Angular Resolution Monolithic Optical and Near-infrared Integral field Spectrograph): questo strumento può decomporre ad alta risoluzione un’immagine in segmenti separati, e analizzare per ciascuno le lunghezze d’onda individuali usando uno spettrografo potente, rivelando la composizione di pianeti e stelle.
• MICADO (Multi-AO Imaging Camera for Deep Observations): prenderà immagini ad alta risoluzione dell’Universo a lunghezze d’onda vicino all’infrarosso, aiutando a identificare esopianeti, distinguere stelle individuali in altre galassie e investigare il misterioso centro della Via Lattea.
• METIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph): un imagers e spettrografo che opera nella gamma di lunghezze d’onda del medio infrarosso. Il suo ruolo sarà analizzare le proprietà fisiche e chimiche di oggetti stellari così diversi come esopianeti, il Sistema Solare, dischi circumstellari e regioni di formazione stellare, nane brune, il centro della Via Lattea, l’ambiente di stelle evolute e nuclei galattici attivi.
• ANDES (ArmazoNes High Dispersion Echelle Spectrograph): uno spettrografo ad alta risoluzione potente che sarà usato per la rilevazione di firme di vita da esopianeti simili alla Terra, la ricerca delle stelle più antiche dell’Universo, testare possibili variazioni delle costanti fondamentali della fisica e la rilevazione diretta dell’accelerazione dell’espansione dell’Universo.
• MOSAIC: questo spettrografo multi‑oggetto può studiare fino a 100 bersagli contemporaneamente, e sarà usato per tracciare la crescita delle galassie e la distribuzione della materia dal Big Bang fino ai giorni nostri. Fornirà anche sinergie con future strutture multi‑lunghezza d’onda (inclusi Euclid, Rubin, Roman, SKAO).

Cosa Significa l’ELT per l’Astronomia

L’ELT sarà il più grande telescopio del mondo, e potrebbe rimanere tale per almeno un decennio, poiché i progetti concorrenti sono in ritardo.

Questo lo renderà uno degli strumenti astronomici più importanti, e probabilmente la fonte di intuizioni su esopianeti rocciosi, su ciò che manca nei nostri modelli cosmologici, e su una comprensione molto più profonda del nostro stesso Sistema Solare, come le ancora misteriose (ma geologicamente attive) lune di Saturno e Giove.

È anche un risultato tecnico notevole, che spinge i limiti di ciò che è tecnicamente possibile e dimostra il valore scientifico di metodi di fabbricazione ultra‑precisi, vetri speciali e strumenti di misura su scala nanometrica.

Tutti questi aspetti sono ugualmente importanti per lo sviluppo di computer fotonici e quantistici superiori, laser, stampanti 3D, ecc.

Investire in Ottica Avanzata

Corning Incorporated

Man mano che i telescopi spingono i confini della fabbricazione di precisione in vetro avanzato, ciò apre anche numerose possibilità industriali in settori così diversi come automotive, semiconduttori, IA, difesa, biotecnologia e assistenza sanitaria. Il mercato dell’ottica avanzata è un mercato da 310 miliardi di dollari, con una crescita prevista del 9,2 % CAGR fino al 2032.

Corning è un’azienda di vetro e ottica esistente da 170 anni. Nel corso della sua storia ha prodotto le prime lampadine di vetro per la luce elettrica di Thomas Edison, la prima fibra ottica a bassa perdita, i substrati cellulari che abilitano i convertitori catalitici, e il primo vetro di copertura resistente ai danni per dispositivi mobili.

Fonte: Corning

Oggi, l’azienda è focalizzata su tecnologie di base legate alla produzione di vetro e ceramica, nonché su tecnologie di fisica ottica, che condividono processi di fabbricazione e mercati finali comuni.

Fonte: Corning

Questa interconnessione di tecnologie permette all’azienda di condividere capacità di fabbricazione, ricerca e ingegneria tra le diverse linee di prodotto. Con oltre 52.000 dipendenti, più di 77 siti di produzione in tutto il mondo e oltre 10 centri R&D, l’azienda è un grande attore nel suo settore.

Fonte: Corning

L’azienda beneficia del boom dell’IA e della costruzione di data center (fibra ottica), nonché del consumo complessivo di vetro speciale in schermi e biotecnologia.

Corning non dovrebbe essere molto colpita dalle tariffe, poiché il 90 % dei ricavi statunitensi proviene da prodotti di origine statunitense. Una piccola parte delle vendite in Cina proviene da strutture statunitensi, con l’80 % delle vendite cinesi realizzate in Cina.

Le tariffe potrebbero persino aiutare, poiché Corning sta entrando nel mercato dei pannelli solari, con il controllo strategico di Hemlock Solar, per produrre pannelli made in USA, mentre i pannelli solari asiatici (non solo cinesi) sono soggetti a tariffe a quattro cifre. L’80 % della capacità è già stato assicurato dagli impegni dei clienti.

Il solare ha molto senso per l’azienda, poiché la lavorazione del silicio è una competenza chiave dell’azienda, che ha prodotto polisilicio per 60 anni, incluso silicio ultra‑puro (99,9999999999 % puro) e ora sta lanciando la produzione di wafer di silicio, prodotto importato al 100 % negli USA.

Fonte: Corning

L’azienda sta anche valutando altre tecnologie avanzate dove la sua esperienza in vetro e ceramica potrebbe fornire un vantaggio solido, includendo vetro pieghevole, realtà aumentata, cattura del carbonio, ecc.

Fonte: Corning

Nel complesso, Corning è un’azienda altamente tecnica con produzione localizzata che non dovrebbe essere influenzata dalla deglobalizzazione. Abbraccia anche nuovi mercati che corrispondono alle sue competenze principali, in particolare solare e comunicazione ottica / infrastruttura IA. Questo la rende sia un’azienda relativamente conservatrice, che approfondisce il proprio nicchia, sia un potenziale titolo di crescita nei mercati ad alta tecnologia.

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