Completata l’ultima celletta dell'alveare più grande mai costruito: è lo specchio da 39 metri del telescopio ELT
Ispirandosi alle cellette esagonali degli alveari, gli specchi dei più grandi telescopi vengono realizzati assemblando numerosi piccoli specchi esagonali così da formare un grande “alveare” riflettente. E’ quello che è stato fatto con l’Extremely Large Telescope. Capiamo il perché di questa tecnica.
Il telescopio ELT, Extremely Large Telescope, sarà il più grande mai costruito. Il suo specchio primario avrà un diametro di 39 metri e sarà alloggiato in una cupola a base circolare del diametro di 90 metri ed un’altezza di 80 metri.
Il luogo in cui è in corso la costruzione è il Cerro Armazones ad un’altitudine di 3600 metri nel deserto cileno di Atacama.
Come è possibile realizzare uno specchio così grande
Scopo primario di un telescopio è raccogliere di qualunque oggetto astronomico molta più luce di quanta ne riesca a raccogliere la pupilla dell’occhio. Il collettore di luce può essere una lente, generalmente di vetro, o uno specchio.
Nel caso della lente la luce dell’oggetto astronomico che incide sulla lente viene convogliata in un punto del piano focale, lì dove si forma l’immagine dell’oggetto, grazie al fenomeno della rifrazione.
Nel caso dello specchio, la luce incidente sullo specchio viene convogliata sul piano focale grazie al fenomeno della riflessione.
Maggiori sono le dimensioni della lente o dello specchio maggiore è la quantità di luce che si riesce a raccogliere. Raccogliere una maggiore quantità di luce ha due vantaggi, permette di osservare oggetti più deboli, ma anche permette di diminuire i tempi di esposizione (se raddoppio l’area dello specchio ottengo l’immagine dello stesso oggetto in metà tempo), circostanza che presenta per gli astronomi numerosi vantaggi.
Il bisogno (ma anche il desiderio) di osservare oggetti sempre più distanti e deboli spiega il motivo per cui si è costruito lenti e specchi di dimensioni sempre più grandi.
L'inerzia termica, il nemico dei grandi telescopi
Tuttavia, la realizzazione di lenti grandi ha un ostacolo nell'inerzia termica. Quando tra giorno e notte, ma soprattutto tra estate ed inverno, la temperatura media dell’aria cambia, il monoblocco di vetro di cui è costituita la lente si espande o si contrae. Maggiore è la massa di vetro più lungo è il processo di espansione (se la temperatura aumenta) o di contrazione (se la temperatura diminuisce).
Cambiando in modo continuo la temperatura di una lente convergente di vetro, cambia anche la distanza focale. Se lo strumento che fotografa l’oggetto è fisso e perfettamente posizionato sul fuoco in un dato giorno, con il passare delle ore cambiando la temperatura della lente, cambia la sua lunghezza focale e l'immagine dell'oggetto astronomico risulterà sfocata.
La tecnica oggi più vantaggiosa nella realizzazione di specchi di grande diametro è quella di costruirli come assemblaggio di più segmenti, generalmente di forma esagonale, proprio come cellette di un grande alveare. Essendo piccoli hanno una piccola inerzia termica.
Ciascuno specchio esagonale avendo dimensioni e spessore ridotti ha una bassa inerzia termica. Assemblando un numero sempre maggiore di questi segmenti esagonali si può costruire uno specchio sempre più grande.
Il grande specchio ad alveare di ELT
Oggi il record nel numero totale di segmenti è detenuto proprio dal telescopio ELT, Extremely Large Telescope, con 798 segmenti esagonali.
Ciascun segmento, cioè ciascuno specchio esagonale dello spessore di 5 cm, è costituito di un materiale chiamato ZERODUR, una vetroceramica a bassa espansione termica, realizzato dalla ditta tedesca SHOTT, fornitrice ufficiale dei 949 segmenti.
Ciascun segmento (come mostrato nella figura di sopra), una volta completato, viene trasportato in Francia presso la compagnia Safran Reosc. Da questi viene tagliato a forma di esagono e ne viene levigata la superficie ad una precisione di 10 nanometri. Significa che le irregolarità superficiali residue non superano i 10 milionesimi di millimetro.
Una volta pronto, ciascun segmento esagonale viene trasportato via nave in Cile dove raggiungerà la sede finale. A pochi km da Cerro Armazones, dove si sta ultimando la cupola del telescopio, ciascun segmento viene rivestito di uno strato di argento in modo da diventare riflettente, e quindi diventare uno specchio.
I 798 specchi esagonali verranno presto assemblati per formare un unico specchio di 39 metri di diametro. Questa operazione di assemblaggio richiederà le competenze di altre compagnie specializzate. Infatti, gli specchi saranno collegati a 2500 attuatori meccanici. Il loro compito è di far sì che tra di loro gli specchi siano perfettamente allineati, entro 2500 nanometri, in modo da costituire un’unica superficie liscia senza discontinuità tra un segmento e quello adiacente.