Il telescopio a “specchio liquido” più grande al mondo è in funzione

In cima ad una montagna dell’India settentrionale è stato costruito un contenitore dal diametro di quattro metri pieno raso di mercurio, la cui superficie, priva di ogni più piccola increspatura, rispecchia tutto ciò che si trova sopra di essa. Ma quell’oggetto non è un richiamo turistico esclusivo, in quanto può accedervi solo un piccolo gruppo di scienziati che lo usano per osservare l’universo.

Si tratta infatti, di un vero e proprio telescopio. Situato in prossimità di un osservatorio che si trova nello stato indiano di Uttarakhand, l’International Liquid Mirror Telescope (Ilmt) utilizza la piscina di metallo lucido per osservare il cielo ed è stato costruito in tal modo perché possiede vari vantaggi rispetto ai telescopi convenzionali e primo tra tutti il fatto che è molto più economico da costruire.

Una lunga storia

Sebbene l’idea di un telescopio liquido esista da secoli, crearne uno realmente utilizzabile si è dimostrato diabolicamente complicato. L’Ilmt infatti, ha richiesto un decennio per poter diventare realtà. Quest’anno, finalmente, ha aperto gli occhi per la prima volta. È il più grande del suo genere e il primo costruito per effettuare vere osservazioni astronomiche.

Il telescopio scansiona il cielo notturno nella speranza di individuare nuovi fenomeni, ma, in realtà, gli astronomi sperano che il potenziale di questi dispositivi raggiunga quote ben più alte delle più alte cime terrestri, ossia che un giorno non lontano se ne possa costruire uno simile sulla Luna, il che permetterebbe di dare un’occhiata alle prime stelle dell’universo.

Il concetto di base di un telescopio liquido è sorprendentemente semplice. Proprio come il caffè mattutino, se si mescola un liquido, la superficie assumerà una forma simile ad un piatto che è perfetta per focalizzare la luce. Spiega Paul Hickson dell’Università della British Columbia in Canada, uno dei principali scienziati dell’Ilmt:  «L’idea era che, se si fosse riusciti a trovare un liquido riflettente e ruotarlo con un sistema di controllo molto preciso, questi avrebbe focalizzato la luce dall’alto su un rilevatore e quindi lo si sarebbe potuto usare come un telescopio».

Questo concetto può essere fatto risalire al XVII secolo, a Isaac Newton, ma si è dovuto arrivare alla fine del XIX secolo prima che qualcuno abbia provato a costruirne uno. Il tentativo più apprezzabile fu quello del fisico statunitense Robert Wood che, all’inizio del Novecento, costruì un piccolo prototipo di cinque centimetri di diametro. Ma la creazione di Wood era tutt’altro che perfetta: il meccanismo che usava per ruotare lo specchio creava increspature nel mercurio e aveva difficoltà a far ruotare a velocità costante il recipiente che conteneva il metallo.

Nel 1922 si arrivò comunque a suggerire un “mostruoso telescopio” di 15 metri di diametro. L’obiettivo era osservare Marte e gli eventuali abitanti – oggetto di febbrili speculazioni all’inizio del XX secolo – quando il pianeta si avvicinò alla Terra nel 1924. Ma il telescopio non si è mai materializzato. Per diversi decenni, i telescopi liquidi sono rimasti un’invenzione dell’immaginazione di alcuni astronomi.

Poi, nel 1982, Ermanno Borra della Laval University in Québec, Canada, trovò una soluzione ad alcuni problemi tecnici, come la possibilità di eliminare le increspature che avevano afflitto la creazione di Wood e altri primi tentativi. Suggerì di smorzare le vibrazioni pompando un sottile strato d’aria tra la bacinella che conteneva il mercurio e il motore che la faceva ruotare. Borra suggerì anche di versare una resina liquida sulla superficie del piatto prima di depositarvi il mercurio, lasciandola asciugare nella forma giusta, quindi di versarvi sopra un liquido riflettente come rivestimento e solo alla fine la quantità di mercurio richiesta per lo specchio che con questo sistema sarebbe stata la minore possibile. Queste modifiche portarono ad una raffica di progetti.

Nel 1994, Borra e i suoi colleghi, costruirono un telescopio sperimentale a specchio liquido largo 2,7 metri vicino a Vancouver, in Canada. Hickson lavorò con la Nasa ad un telescopio liquido di 3 metri nel New Mexico per osservare i detriti spaziali e, nei primi anni 2000, l’università della British Columbia ha costruito il Large Zenith Telescope sperimentale di 6 metri su una collina appena fuori Vancouver. «L’abbiamo utilizzato principalmente per l’ingegneria, per risolvere i problemi che sorgono quando si passa a diametri sempre più grandi», ha spiegato Hickson. Veniva utilizzato anche per studiare lo strato di sodio nell’atmosfera terrestre. Purtroppo l’area di Vancouver possiede pochi giorni durante i quali il cielo è pulito, in quanto è molto spesso nuvoloso.

La realizzazione

E così il telescopio venne dismesso nel 2016. Il progetto di Vancouver tuttavia, e gli altri simili, confermarono ciò che molti astronomi avevano ipotizzato, ovvero che i telescopi a specchio liquido sono molto più economici da costruire rispetto a quelli a specchi solidi.

Gli strumenti convenzionali infatti, utilizzano specchi di vetro per riflettere la luce proveniente dalle stelle e da altri oggetti cosmici. La superficie dello specchio non può presentare nemmeno la pur minima protuberanza, il che significa lucidarla per renderla liscia fino ad una frazione della lunghezza d’onda della luce. Raggiungere tale precisione diventa quasi impossibile o comunque un’impresa da titani.

Una soluzione alternativa consiste nel creare diversi specchi più piccoli e quindi allinearli per formare una grande superficie, come si fa per la maggior parte dei grandi telescopi dei nostri giorni. Ma anche in questo modo, l’affare è costoso e complicato. Gli specchi liquidi, invece, costano una frazione di quelli di vetro - l’1 per cento del costo, secondo alcune stime – e li rendono ideali per i grandi telescopi.

L’Ilmt da quattro metri è costato circa due milioni di dollari, mentre il telescopio ottico di 3,6 metri che si trova accanto ha un prezzo di 17 milioni di dollari. Tuttavia, i risparmi sui costi sono irrilevanti se poi non si riesce a costruire un telescopio a specchio liquido funzionante. L’Ilmt è stato concepito nel 1996 e doveva essere pronto per l’uso nel 2009.

Ma il progetto ha subito diversi ritardi, non ultimo ottenere abbastanza mercurio per riempire il piatto, 50 litri, che è stata una vera sfida. «Solo la forte determinazione ha mantenuto vivo il progetto», afferma Jean Surdej, un astronomo università di Liegi in Belgio che ha guidato lo sforzo dell’Ilmt. I telescopi a specchio liquido, a dire il vero, hanno una forte limitazione, il fatto che a differenza dei normali telescopi, che possono puntare verso luoghi diversi del cielo, essi possono guardare solo verso l’alto, verso il pezzo di cielo sopra la testa. Inizialmente questo era considerato un grave handicap perché non c’era modo di prendere di mira oggetti specifici. 

Ma la limitazione è stata ribaltata in caratteristica peculiare. «Guardando la stessa regione di cielo più e più volte, si ottiene una specie di immagine in time-lapse», afferma Hickson. È un buon modo per rilevare oggetti che appaiono fugacemente, come supernove (stelle che esplodono) e asteroidi di passaggio.

Tra l’altro, la qualità migliore di un’immagine per un telescopio è proprio quella che si prende allo zenit, in quanto i raggi di luce in arrivo attraversano la quantità più piccola di strato atmosferico della Terra, il che significa che la trasparenza è la migliore. Un altro vantaggio dell’Ilmt è la sua posizione, proprio accanto al più grande telescopio ottico dell’India. Se gli astronomi individuano qualcosa di interessante attraverso l’Ilmt, possono proseguire le ricerche con l’altro strumento.

I problemi

Solo elementi positivi dunque? Non proprio. Anche se molto più economici da costruire rispetto alle loro controparti in vetro, gli specchi liquidi hanno anch’essi requisiti complessi. Nell’Ilmt, la parabola a specchio galleggia su uno strato d’aria spesso circa 10 micrometri, molto più sottile di un capello umano.

Lo strato di mercurio nell’Ilmt ha uno spessore di circa tre millimetri e lo specchio ruota una volta ogni otto secondi. Caratteristiche che non sono state semplici da gestire. Ma ora eccolo in funzione. Spiega Hickson: «Le prime immagini erano terribili, il che è normale perché la telecamera non era regolata nella giusta posizione».

Ma dopo aver modificato le impostazioni, i ricercatori hanno raggiunto la sua prima osservazione di un certo valore. «Eravamo tutti molto felici quando abbiamo ricevuto le prime immagini», afferma Hickson. «Abbiamo aperto una bottiglia di vino». Il telescopio tuttavia, è operativo solo per circa otto-nove mesi all’anno, in quanto tra luglio e ottobre le osservazioni vengono bloccate a causa della stagione dei monsoni. Il mercurio viene rimosso e il tetto scorrevole che si apre quando il telescopio sta osservando, viene coperto. Il team effettuerà test per allineare tutti gli elementi, prima di riprendere le osservazioni all’inizio di gennaio.

Finora le osservazioni hanno incluso un ricco campo stellare nella Via Lattea e NGC 4274, una galassia nella costellazione Chioma di Berenice. Questi sono oggetti noti. Ma la speranza è che l’Ilmt trovi al loro interno qualcosa di completamente nuovo. «Molte scoperte fatte negli ultimi anni sono state quasi sempre inaspettate», afferma Hickson. Questo telescopio è anche un esperimento e se avrà successo, potrebbe portare a nuovi telescopi liquidi in altre parti del mondo. 

Verso il futuro e oltre

Ma c’è chi guarda più avanti. La Nasa ad esempio, sta conducendo esperimenti per vedere se i fluidi possono essere utilizzati per realizzarne uno nello spazio. Senza gravità, qualsiasi goccia di liquido assume una forma sferica perfetta, che può essere utilizzata per creare una lente gigante. Quando sono state testate in ambienti di microgravità simulata, le lenti liquide si sono dimostrate buone quanto o migliori delle lenti in vetro e richiedono solo una frazione del tempo per essere realizzate.

Il sogno finale, almeno per l’astrofisica Anna Schauer dell’università del Texas ad Austin, è costruire un gigantesco telescopio liquido sulla superficie lunare, per scrutare le prime stelle dell’universo. Schauer e i suoi colleghi stanno studiando la fattibilità di una versione di 100 metri di diametro per osservare un gruppo sfuggente di oggetti chiamati stelle di Popolazione III, che si pensa siano le prime stelle che si sono formate dopo il Big Bang e che siano fatte interamente di idrogeno ed elio. Si ritiene che esistano in ammassi più piccoli e siano così deboli che è improbabile che persino il James Webb Space Telescope sia in grado di vederli. Per fare ciò, gli scienziati avrebbero bisogno di un telescopio con uno specchio incredibilmente grande. 

Questo sarebbe praticamente impossibile da produrre ed estremamente costoso da costruire sulla Luna, a meno che non sia liquido. Tuttavia, un telescopio lunare non sarà fatto di mercurio, poiché il metallo è troppo denso per funzionare correttamente sulla superficie lunare. Un’alternativa è un liquido ionico, un sale in forma liquida. Qualunque sia il materiale, lo strumento sarebbe annidato in un cratere vicino a uno dei poli lunari e invierebbe dati a un satellite in orbita lunare. È probabile che un progetto così grande impiegherà decenni per concretizzarsi. Ma l’apertura dell’Ilmt, dopo anni di preparazione, fa ben sperare.

© Riproduzione riservata