Presidente Federmanager Padova e Rovigo

Nell'editoriale Dirigenti nordest di gennaio-febbraio 2021 citavo, come "best practice" nel campo dei lavori e delle costruzioni, una piccola multinazionale nata nel Nord-Est che ha collaborato alla progettazione e realizzazione del telescopio ottico più grande al mondo.

L’E.L.T. che sorgerà sul Cerro Armazones, in Cile, ad una altitudine di 3046 m, nel deserto di Atacama, avrà lo specchio principale del diametro di 39 m, con un’area di raccolta della luce di ben 978 m2.

Il primo aspetto critico che di questa imponente opera riguarda la costruzione di uno specchio “perfetto”, senza difetti, di 39 m di diametro. È ancora vivo il ricordo del telescopio spaziale Hubble, che al primo utilizzo in orbita, risultò “miope” e richiese uno straordinario “intervento chirurgico” in orbita per la correzione dell’errore.

A tal proposito non si può non ricordare il grande astronomo triestino Guido Horn d’Arturo (1879 – 1967) che già negli anni ‘30 ebbe l’idea geniale di realizzare una grande superficie riflettente non mediante un’unica fusione, ma unendo insieme tanti piccoli specchi trapezoidali come in un mosaico Lo sviluppo di questa intuizione tecnologica occupò Guido Horn d'Arturo per oltre trent'anni. Il progetto, iniziato nel 1932, diede vita ad un primo prototipo, poi successivamente potenziato e migliorato fino a raggiungere 180 cm di diametro e 10,40 m di lunghezza focale, che era costituito da 61 tasselli e che fu terminato nel 1953 e posizionato nella Torre della Specola di Bologna. 

Mediante questo strumento Horn e i suoi collaboratori ottennero alcune decine di migliaia di lastre fotografiche, compiendo una rassegna sistematica del cielo zenitale locale.

Nella figura la pianta e sezione radiale del primo progetto dello specchio a tasselli, composto da 80 segmenti. (Credits: Journal of the Astronomical Society– Vol. 89 – N. 4 - 2018).

Questa scoperta tecnologica rivoluzionò l’astronomia ottica negli anni a venire: l’ultimo suo contributo fu quello di sperimentare i tasselli esagonali come quelli ottimali per la realizzazione dello specchio tassellato.

Le due radioantenne a tasselli di Magic, durante la fase di realizzazione, sull’isola di La Palma, nelle Canarie (foto dell’autore).

Di qui il motivo per cui lo specchio dell’E.L.T. è composto da 768 tasselli esagonali, ognuno dei quali è gestito da un sofisticatissimo sistema di controllo.

La progettazione elettrica e meccanica è stata affidata da Cimolai Spa ad uno studio di ingegneria con il quale tuttora collaboro e devo dire che tutti gli aspetti progettuali ed organizzativi fin da subito sono apparsi anche loro come “extremely” complessi come recita l’acronimo del telescopio: le difficoltà estreme però non ci hanno impressionato.

Il telescopio sorgerà in una zona molto sismica e pertanto, in ogni aspetto progettuale, si è dovuto tenere conto dei possibili effetti, in particolar modo sui cinque specchi che andranno a comporre il telescopio, di scosse di terremoto anche di elevata intensità. 

Altro aspetto importante è quello dei gradienti termici: quando la cupola viene aperta, di notte, (a oltre 3.000 m di altezza) la temperatura all’interno deve essere esattamente uguale a quella esterna per evitare che anche piccoli sbalzi termici possano disturbare o influenzare l’acquisizione dei dati.

La struttura principale del telescopio ELT supporta l'ottica e gli strumenti durante le osservazioni astronomiche e mantiene il telescopio stabile in tutte le condizioni, anche in caso di vento forte e durante i terremoti. La struttura sarà nel contempo rigida per mantenere i suoi componenti stabili e allineati con precisione, ma anche abbastanza leggera da evitare che il gigantesco ELT si deformi sotto il suo stesso peso. Nel complesso, quando completamente equipaggiato con le ottiche e gli strumenti scientifici, il telescopio peserà circa 3700 tonnellate.  

La funzione della struttura del telescopio dell'ELT è quella di supportare l'ottica e gli strumenti durante il tracciamento degli oggetti astronomici. Per questo motivo il design dell'ELT è stato guidato sia dalla necessità di puntare e seguire il cielo, sia da quella di realizzare immagini di eccellente qualità. Per ottenere ciò, l'intero percorso ottico e gli strumenti devono essere mantenuti stabili in tutte le condizioni operative, comprese le possibili variazioni di temperatura e i venti forti. 

Per correggere la turbolenza nell'atmosfera terrestre che fa tremolare le stelle in un modo che delizia i poeti ma frustra gli astronomi poiché offusca i più piccoli dettagli del cosmo, è stata introdotta la tecnica dell’ottica adattativa: i tasselli sono controllati singolarmente in modo tale da correggere in tempo reale la distorsione causata dalla turbolenza dell'atmosfera terrestre e rendendo le immagini ottenute più nitide di quelle riprese nello spazio. 

Questa illustrazione mostra come la nebulosa NGC 3603 potrebbe essere vista da tre diversi telescopi: il telescopio spaziale Hubble della NASA / ESA (HST), il Very Large Telescope dell'ESO con l'aiuto dei suoi moduli ottici adattivi (VLT+AO )e l'Extremely Large Telescope (VLT). Credit: ESO

Il complesso sistema di controllo dello specchio primario monitora e corregge le posizioni dei suoi 798 segmenti, che sono distorti dagli effetti della gravità e della temperatura e quindi continua a funzionare come uno fosse un unico specchio. Invece i sistemi di controllo degli specchi secondari compensano le distorsioni nelle immagini causate dalla turbolenza atmosferica e dal vento e completano l'ottica adattiva dell'ELT.

Le caratteristiche dello specchio principale sono: 798 segmenti dello specchio principale;  4.608 sensori per bordi che misureranno le posizioni relative dei segmenti, 140 tonnellate di vetroceramica Zerodur (®) negli specchi del telescopio, di cui 132 tonnellate solo nello specchio primario.

Complessivamente, il sistema di controllo gestisce circa 15.000 attuatori e oltre 25.000 sensori distribuiti in tutto il telescopio e la cupola.

Il sistema di controllo dello specchio primario è quello più complesso del telescopio: monitora più di 4.500 sensori per bordi sui 798 segmenti dello specchio, che forniscono informazioni sullo spostamento relativo dei segmenti adiacenti. Invia quindi le correzioni della posizione del segmento ai tre attuatori di posizione del segmento dello specchio, situati sotto ciascun segmento. Questo controllo, monitoraggio e correzione a 500 Hz (500 volte al secondo) mantiene attivamente una superficie continua dello specchio primario con un errore di circa 50 nm (nanometri). Inoltre isola i segmenti dello specchio dalla struttura posteriore della cella che si deforma fino a 5 mm sotto gravità, vento e mutevoli condizioni termiche.

Da poco è in funzione una webcam, posta sulla cima del Cerro Armazones, che mostra l’andamento dei lavori: per chi fosse curioso, fuso permettendo, può accedere cliccando "Telescopio al Cerro Armazones" oppure accedendo al link:

https://www.eso.org/public/italy/outreach/webcams/#paranal

Realizzato l'accesso alla webcam è possibile “navigare” con le frecce attorno alla zona interessata ai lavori e l’opera che sta nascendo.

Un’altra sfida molto complessa affrontata nella progettazione è stata quella delle protezioni della struttura e della strumentazione contro i fulmini, considerato che una cupola di metallo alta 50 m, in cima ad un monte costituisce un perfetto captatore di scariche atmosferiche.

I fulmini, nel deserto, ma se non piove mai? Invece, di tanto in tanto, anche nel deserto di Atacama si verificano dei brevi acquazzoni: ecco che allora, come d’incanto, si dispiega una meraviglia ai nostri occhi.

Bastano poche gocce di pioggia per far germogliare i semi di molte pianticelle, la pata de guanaco (Cistanthe grandiflora) e altre, fino a quel momento rimasti in paziente attesa, talvolta anche per anni: nel giro di pochi giorni il deserto diventa un immenso campo fiorito, una distesa a perdita d’occhio di fiorellini multicolori.

Ancora prima degli antichi greci, l’uomo si è posto la domanda: siamo soli nell'Universo? Ora questo non è più solo un quesito puramente filosofico: da qualche anno gli astronomi sono alla ricerca di tracce di vita nel cosmo, mediante l’esplorazione degli esopianeti, quella che sarà una delle attività principali dell’E.L.T.

Chissà, forse se scopriremo che “là fuori” ci sono “alieni”, contribuiremo a provare che l’agente Fox Mulder dell’FBI (della celeberrima serie televisiva degli X-FILES) aveva ragione e sarà anche un po' per merito di noi italiani!