Proposte per un ipertelescopio lunare

Nel sito di UniverseToday è recentemente apparso un articolo che parla appunto di questo studio : l’autore (Brian Koberlein) si domanda se “I prossimi grandi osservatori dovrebbero essere costruiti sulla Luna? ” ed introduce la possibilità che in un prossimo futuro si possa costruire sulla Luna un telescopio enorme, un ipertelescopio, analizzando quali potrebbero essere i pro ed i contro di questo tipo di impresa.

Lo studio originale è particolarmente complesso e dettagliato e l’autore di UniverseToday ha effettuato una sorta di riassunto (un bignami ) di quanto proposto: l’argomento è particolarmente interessante ed allora effettuerò la consueta traduzione ragionata dell’articolo, aggiungendo altre parti direttamente dallo scritto originale, che ritengo siano state trascurate.

Ovviamente qui si parla di “osservatori” con la “o aperta” e cioè delle infrastrutture fisiche e non delle persone che lo utilizzeranno (quelli con la “o stretta“). Lascio dunque la parola a Brian.

Osservatori sulla Luna?

Abbiamo costruito telescopi nei nostri giardini dietro casa (ndr: il “backyard” è un po’ una mania degli articolisti americani! personalmente sono invidiosissimo del fatto che  in tantissime città americane sia possibile avere un giardino da cui poter effettuare osservazioni : gli articolisti evidentemente non pensano mai ad una megalopoli tipo New York, senza giardini… ), sulla cima di montagne molto elevate e abbiamo lanciato pure telescopi nello spazio: con l’avanzare della tecnologia è stato possibile effettuare scoperte interessanti e sorprendenti riguardo l’Universo. Quale potrebbe essere il futuro nelle osservazioni e negli osservatori? Secondo uno studio, una buona scelta sarebbe la superficie lunare.

Costruire telescopi sulla Luna però non è un’idea nuova, dal momento che la NASA ha finanziato la sovvenzione per l’LCRT (Lunar Crater Radio Telescope).

Mentre questi radio telescopi fanno parte delle proposte più popolari, altre possibilità includono l’LFTALP (“Life Finder Telescope At Lunar Poles”, telescopio di ricerca della vita posto nella zona polare lunare ), che potrebbe essere un array di telescopi da 6.5 metri, focalizzati allo studio delle atmosfere degli esopianeti nel momento in cui transitano davanti alla loro stella.

Poi c’è il LOUVE (Lunar Optical UV Explorer) che ha per obiettivo oggetti luminosi nell’ultravioletto.

Infine ci sono proposte di osservatori per le onde gravitazionali simile al LIGO.

Le nuove possibilità

Il problema presente in tutte queste proposte è che richiederanno la costruzione ad un livello tecnico che persino sulla Terra sarebbe una bella sfida: l’idea di costruire tali osservatori sulla Luna è un bellissimo obiettivo, ma è attualmente al di fuori della portata delle nostre abilità tecniche.

Per questo motivo gli autori propongono un’idea molto più semplice: un telescopio ottico che tragga vantaggio dalle caratteristiche del suolo lunare.

La potenza di un telescopio ottico dipende largamente dall’ampiezza dello specchio primario e dalla sua lunghezza focale: sulla Terra su può aumentare la lunghezza focale utilizzando un array di specchi (multimirror telescope).

Nasce così l’idea dell’ipertelescopio che potrebbe avere uno specchio primario composto da un gran numero di specchi disposti lungo il terreno di un cratere, come si vede in questo diagramma.

(ndr: sembra di vedere lo spaccato del radiotelescopio da 300m di Arecibo o del FAST, il nuovo radiotelescopio da 500m cinese… ma fate bene attenzione alle dimensioni ! nel diagramma si parla di un cratere di 25km, profondo 5km ! mostruoso! )

Così come ad Arecibo (ndr: o quel che ne resta, purtroppo… ) il ricevitore del telescopio potrebbe essere sospeso da un (ndr: lunghissimo…) sistema di cavi, al di sopra della maglia di specchi e spostabile nel piano focale indicato dal tratteggio fino: gli specchi adagiati sulla superfice del cratere invece sono indicati nel diagramma con i tratteggi più grandi grigi.

Se il telescopio sarà di tipo parabolico, potrà essere deformato attivamente applicando piccole correzioni ai singoli specchi grazie ad un sistema di pistoni, decisamente più grandi di quelli utilizzati sulla Terra nei telescopi ad ottica adattiva, che deformano continuamente lo specchio primario.

Nel caso invece di costruzione di un telescopio sferico non si prevederanno aggiustamenti del sistema di specchi, ma si potrà intervenire con correzioni a posteriori dell’aberrazione sferica.

Dal momento che questi specchi non devono essere necessariamente grandi, sarà più facile costruirli e la forma tipica e naturale di un cratere lunare potrebbe significare meno lavori di sterro necessari alla loro collocazione sul suolo.

Vantaggio ulteriore sarà l’assenza di linee di ritardo tipiche dei radiotelescopi, mentre l’ampiezza massima dello specchio totale sarà limitata a circa 20 km data la massima profondità dei crateri lunari da impatto pari a 6km, ottenendo così un’apertura effettiva di 5-10 km.

I singoli elementi dello specchio primario potranno essere collocati ognuno in un treppiede fisso oppure in una rete (ndr: nientemeno… ) di amache.

In quest’altro diagramma viene visualizzato lo spostamento del ricevitore per inseguire l’oggetto oppure per spostarsi verso un’altra direzione.

Un’altra possibilità

Una variante a questa idea potrebbe essere porre gli specchi sulla parete di un cratere e la strumentazione dall’altra parte.

Ciò permetterebbe un’elevata lunghezza focale, ma limiterebbe il range di osservazione possibile da tale telescopio.

In questa seconda soluzione però è evidente il vantaggio di non dover utilizzare lunghissimi cavi di posizionamento del ricevitore, che sarebbe posizionato sul bordo opposto del cratere, con poche possibilità di movimento.

Ovviamente tutte queste idee sono ancora nel loro stato embrionale e ci sono grandi possibilità che possano essere superate all’atto della costruzione vera e propria.

La polvere della Luna (ndr: derivata dall’attività umana ) si potrebbe accumulare sugli specchi nel tempo e dovrebbe essere rimossa. E sebbene in realtà sulla Luna esista pochissima attività sismica rispetto alla Terra, queste scosse potrebbero alterare l’allineamento dei telescopi e del ricevitore.

Ma una cosa è certa… Stiamo per tornare sulla Luna e di sicuro dove vanno gli umani, là costruiranno telescopi : e così un osservatorio lunare sarà solo una questione di (ndr: tanto ) tempo.

Fin qui il mini-articolo di Koberlein.

Qualche aggiunta del vostro pignolone

Leggendo l’articolo originale dei due Astronomi francesi si incontrano frasi e annotazioni abbastanza interessanti, che desidero condividere, insieme a mie considerazioni: mi limiterò a passaggi interessanti e non troppo tecnici.

La Luna, grazie alla sua mancanza di atmosfera, presenta le stesse qualità di osservazioni possibili con un telescopio orbitale e l’accesso a tutte le lunghezze d’onda. Il tutto con possibilità di miglioramenti e riparazioni pari a quelle possibili sulla Terra, ovviamente pensando che dovremo considerare il tutto sulla Luna.

Tra i possibili vantaggi di osservatori sulla Luna, possiamo annoverare le condizioni offerte proprio dal nostro satellite naturale:

• dato che la Luna ruota 28 volte più lentamente che la Terra, saranno possibili osservazioni più lunghe di un obiettivo rispetto a quelle terrestri
• dal momento che si vede il cielo da un punto di vista differente da quello terrestre, saranno possibili osservazioni impossibili dalla Terra.
• un telescopio spaziale ha un’aspettativa di vita legata purtroppo alla disponibilità di propellente, anche se ci sono progetti di rifornimento di queste sonde per mezzo di serbatoi appositi (se siete interessati, ad esempio la compagnia Orbit Fab sta preparando missioni di rifornimento).

Infine dal punto di vista dell’astronomia ottica, nelle lunghezze d’onda del visibile, grandi telescopi sulla superficie della Luna permettono una migliore risoluzione angolare e una più alta sensibilità fotometrica, presentando una minore difficoltà di manovra rispetto ai maggiori telescopi sulla Terra, grazie alla minore gravità lunare e alla totale assenza di vento.

La polvere di Luna

Torniamo alla questione della polvere lunare, accennata solamente nell’articolo di UniverseToday.

Si parla di due possibili sorgenti di polvere sulla Luna: gli impatti meteorici e le attività umane, le quali entrambe possono degradare la riflettività e la trasparenza delle superfici ottiche. A tale scopo ci sono ulteriori studi per misurare questo degrado e per proporre delle contromisure adeguate, quali ad esempio la rimozione elettromagnetica.

La collocazione sul suolo lunare

La migliore collocazione sul suolo della Luna per un ipertelescopio dipende da due fattori: le condizioni fisiche del sito (temperatura, qualità delle polveri e l’illuminazione solare) ed i suoi obiettivi scientifici.

Per esempio telescopi che osservino verso la Terra devono ovviamente essere collocati nella faccia visibile della Luna, ma dal punto di vista dell’ossrvabilità di un qualunque obiettivo, possono essere collocati in un qualunque punto della Luna.

Presso i Poli però sarà visibile solo metà del cielo, ma per tutto il tempo, mentre presso l’equatore lunare solo metà del cielo sarà visibile e solo per metà del tempo, fintantoché il Sole sarà sotto l’orizzonte.

Le eclissi solari e le occultazioni di stelle

Vista dalla Luna, la Terra è circa 3.8 volte più grande del Sole, mentre dalla Terra sappiamo che i due diametri apparenti della Luna e del Sole sono comparabili, potendosi generare eclissi totali o anulari a seconda dei valori in gioco.

Perciò un’eclissi solare da parte della Terra osservata dalla Luna dura 3.8 volte più a lungo di un’eclissi solare da parte della Luna e osservata dalla Terra e permetterà di osservare regioni più esterne della corona solare.

Già questa possibilità è ottenibile con sonde spaziali tipo la SOHO e la Parker, ma c’è da tornare sul discorso della limitata vita osservativa a causa dei già citati problemi di propellente a bordo e di eventuale rifornimento, particolarmente difficile in questo caso: la sonda SOHO si trova in orbita nel punto lagrangiano L1 del sistema Sole-Terra, a ben 1,5 milioni di km dalla Terra, mentre la sonda Parker è in orbita intorno al Sole.

Perciò un telescopio lunare avrà una vita osservativa nettamente maggiore, con maggiori possibilità di osservazioni del Sole.

Per quanto riguarda le occultazioni di stelle da parte di oggetti del Sistema Solare, in generale non è detto che se saranno visibili dalla Luna lo siano pure dalla Terra, ma è anche vero il viceversa: occultazioni visibili dalla Terra non è detto che lo siano anche dalla Luna. Questo perché la Luna orbita intorno alla Terra e la geometria che sta dietro un’occultazione potrebbe non permettere la generazione del fenomeno.

Va detto però che dato che la rotazione della Luna è 28 volte più lunga della rotazione terrestre, un’occultazione stellare di una stella da parte dello stesso oggetto del Sistema Solare potrebbe durare altrettanto.

Ora divertiamoci un po’…

… dopo tante chiacchiere tecniche.

Partendo da una bella foto della Luna

pubblicata dall’amico MaurizioRvt in questo post del nostro Forum, ho cercato nella zona ripresa un cratere che avesse le dimensioni tali da poter ospitare un ipertelescopio come quello del primo diagramma.

Il cratere che ho indicato con una freccia rossa, è denominato Grove ed ha un diametro di 28km, compatibile con il nostro ipertelescopio.

Per ottenere un’immagine più dettagliata della zona sono andato sul sito Planetary Names, dell’USGS/NASA, (Gazetteer of Planetary Nomenclature)  dove possiamo trovare foto e dettagli tecnici di un’infinità di caratteristiche superficiali di un gran numero di oggetti del Sistema Solare : questa è ad esempio la zona del cratere Grove

fotografata dalla sonda giapponese Kaguya: tanto per avere un maggiore riferimento, il cratere che appare in parte in alto a sinistra nella foto è il cratere Hercules , ripreso dall’amico Maurizio.

Dal tablet android invece ho effettuato uno screenshot, a partire da un’immagine della Luna Piena (un fotomosaico tratto da immagini della sonda LRO, in orbita da anni intorno alla Luna) ricavata dall’ottima app LunarMap HD, di cui ho parlato parecchie volte nel forum ed alla quale ho dedicato un articolo nel lontano 2016.

Per puro divertimento ho voluto prevedere quello che fra qualche decennio si potrebbe vedere sulla Luna dalla nostra Terra, con un cratere che sbrilluccica a causa della presenza dell’ipertelescopio lunare, che suggerirei ad esempio di denominare telescopio GP (dove la “G” sta per “Grove” e la “P” … ve la lascio immaginare!).

Il puntino bianco è solo indicativo! Il suo colore ovviamente non tiene conto delle condizioni di illuminazione dell’array di specchi, che ho deciso di non analizzare a favore della spettacolarità della situazione.

Riuscite a vederlo?

Intanto io scendo dal mio piedistallo…