Ostacoli atmosferici…

I telescopi terrestri devono fare i conti con la turbolenza della nostra atmosfera. Anche nelle località prescelte per le migliori condizioni osservative, l’atmosfera è completamente o parzialmente opaca in un ampio tratto dello spettro elettromagnetico.

L’opacità dell’atmosfera terrestre.

Dai raggi gamma ad alta energia, passando attraverso la banda X ed al vicino ultravioletto a circa 300 nm di lunghezza d’onda, l’atmosfera assorbe totalmente la radiazione e gli astronomi sono completamente ciechi da terra. La banda del visibile è relativamente trasparente (in particolare nei siti posti ad elevate altitudini) e vi sono alcune finestre nell’infrarosso che si estendono sino a lunghezze d’onda di circa 20 µm. Proseguendo lungo il continuum dello spettro, troviamo un’area che copre il lontano infrarosso sino a lunghezze d’onda di appena 1 mm, dove la radiazione è tutta assorbita ad eccezione di alcune finestre dove l’atmosfera è sufficientemente trasparente. Nella parte dello spettro chiamata millimetrica e sub-millimetrica, il principale responsabile dell’assorbimento è l’acqua. Per questo motivo si cercano luoghi particolarmente secchi ed elevati come ad esempio l’altopiano Chajanator posto a 5000 mt s.l.m. nel deserto nord del Cile ove sono presenti le antenne dell’osservatorio ALMA dell’ESO. Per le lunghezze d’onda radio lunghe partendo da circa 1 cm in su, l’atmosfera è molto trasparente, sebbene quando le condizioni non siano ottimali, è ancora in grado di distorcere le immagini radio. Infine la Ionosfera terrestre blocca completamente le lunghezze d’onda dai 20 mt in su. Così come assorbe la luce, l’atmosfera terrestre irradia quest’ultima durante la notte quando non è illuminata dal Sole. Nel vicino infrarosso certe molecole di gas, in particolare la combinazione di un singolo atomo di idrogeno ed uno di ossigeno (chiamata radicale ossidrile OH) rendono il cielo leggermente brillante mentre nel lontano infrarosso l’atmosfera è brillante semplicemente a causa dell’emissione della radiazione di calore.

Oltre all’assorbimento atmosferico, che blocca o riduce la radiazione proveniente dallo spazio, dobbiamo fare i conti anche con la turbolenza (molto familiare ai viaggiatori d’aereo) che piega la luce attraverso diverse angolazioni che cambiano continuamente con il tempo e con la posizione nel cielo. Questo fenomeno atmosferico vieni chiamato dagli astronomi seeing. La qualità del seeing (conosciuta come risoluzione) limita seriamente la quantità dei dettagli che possiamo rilevare attraverso i telescopi terrestri durante le osservazioni degli oggetti celesti (stelle, galassie, etc…). Per ovviare a questo inconveniente i moderni telescopi terrestri sono dotati di dispositivi ad alta velocità che possono misurare e correggere le aberrazioni atmosferiche. Questa tecnica prende il nome di Ottica Adattiva e sotto certe condizioni sfrutta molte delle capacità intrinseche dei moderni telescopi per offrire immagini sempre più nitide e dettagliate.

L’ottica adattiva al lavoro al VLT.

La misurazione dei continui cambiamenti atmosferici necessaria a calcolare il fattore di correzione da applicare, ha bisogno di utilizzare una stella di riferimento abbastanza luminosa. Il telescopio proietta un raggio laser nel cielo in modo da creare una stella artificiale nella stessa porzione di cielo ove si trova l’oggetto in fase di studio. Questa stella è il risultato della luce riflessa dagli atomi di sodio che sono sempre presenti nell’atmosfera a circa 90 Km di distanza dal suolo terrestre.

Consiglio la visione del seguente filmato magistralmente condotto da Joe Liske (Dr. J) ove vengono illustrate le tecniche e gli strumenti utilizzati dai moderni telescopi terrestri per migliorare continuamente la loro capacità risolutiva.

Dopo aver letto questo post, se qualcuno vi dirà che la nostra atmosfera è pessima e non va bene per noi, allora avrete capito di trovarvi di fronte un astronomo!

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