Osservatori spaziali… 1° parte.

Gli osservatori astronomici nello spazio hanno rivoluzionato la nostra conoscenza dell’Universo. Sono uno dei molti tipi di satelliti lanciati dall’inizio dell’era spaziale dedicati ad una grande varietà di applicazioni tra cui l’osservazione della Terra, la comunicazione, la radiodiffusione e la navigazione, sino ad arrivare a stazioni spaziali completamente abitabili. Gli osservatori spaziali danno accesso a porzioni dello spettro elettromagnetico che non è visibile dal suolo terrestre e forniscono una vista indisturbata del cielo stellato e dello spazio inter galattico. Sono strumenti particolarmente costosi , ma sono imbattibili nella ricerca dei fotoni sfuggenti provenienti dall’universo nascosto. 

NASA/ESA Hubble Space Telescope in orbita a 600 Km dalla Terra.

L’era spaziale ha avuto inizio con il lancio dello Sputnik da parte dell’Unione Sovietica nel 1957. Cinque anni dopo, nel 1962, la NASA ha lanciato la prima versione di un satellite per la ricerca astronomica denominato OSO-1. Da quei primi passi, più di cento differenti osservatori astronomici sono stati messi in orbita ed hanno contribuito nel tempo a fornire nuove informazioni in molte aree di ricerca in astronomia, in astrofisica e cosmologia.

La maggior parte dei satelliti astronomici sono nell’orbita terrestre ma, per alcuni scopi, ci sono vantaggi nella scelta di orbite particolari. Alcuni strumenti sensibili (sensori, circuiti elettronici, sonde, etc…) influenzati ad esempio, dalle linee di forza del campo magnetico terrestre, potrebbero avere dei problemi di funzionamento. Altri veicoli spaziali devono mantenersi lontano dal calore irradiato nello spazio dal nostro pianeta.

Vi sono poi alcuni strumenti come ad esempio i palloni ad alta quota come BOOMeranG o SOFIA che si trovano a metà strada tra il suolo terrestre e lo spazio. Possono essere utilizzati per condurre esperimenti che altrimenti a terra risulterebbero vani e il loro costo di realizzazione e messa in orbita risulta considerevolmente inferiore rispetto agli osservatori spaziali. 

Immagine di alcuni osservatori spaziali e la loro finestra di funzionamento nello spettro elettromagnetico.

Come accennato in precedenza, ci sono diversi motivi convincenti per lanciare i telescopi nello spazio, il più importante è la fuga dall’assorbimento e dalla turbolenza associata all’atmosfera. Inoltre il punto di vista elevato dà accesso alla luce che non è visibile dal suolo terrestre e fornisce una vista indisturbata del cielo stellato e dello spazio profondo.

Ma cosa ostacola lo sviluppo degli osservatori spaziali? I cosiddetti “costi astronomici” sono un fattore, ma anche i tempi lunghi associati allo sviluppo e alla realizzazione di questi dispositivi complessi, oltre al rischio che vengano persi e/o distrutti durante il viaggio dalla Terra allo spazio. Non dimentichiamo anche l’aspetto legato ai costi di manutenzione ed aggiornamento degli strumenti di bordo. Come vedete sono variabili da considerarsi significative nella scelta di investire denaro pubblico e/o privato per finalità scientifiche. Sulla Terra è più facile eseguire l’aggiornamento alla tecnologia più recente e costruire telescopi più grandi in grado di raccogliere più luce. In generale, gli osservatori spaziali e i telescopi a terra sono complementari, ma con importanti sinergie tra loro ed è per questo motivo che i team di ricerca utilizzano frequentemente strumenti terrestri e spaziali per indagare su un particolare fenomeno.

L’affidabilità è un’altra componente che occorre tenere presente quando si realizza un osservatorio spaziale. Quando viene impiegato in una missione che può durare anni o addirittura decenni, l’affidabilità dei singoli componenti è il primo pensiero dei progettisti. Ad eccezione di Hubble, che è stato aggiornato e riparato da equipaggi dello Space Shuttle, la maggior parte degli altri osservatori spaziali diventano inaccessibili dopo il lancio.

Tutte le meccaniche e l’elettronica devono essere accuratamente testate per garantire che possano sopportare le dure condizioni che si verificano durante e dopo il lancio. Vibrazioni, alterazioni di temperatura elevate e un ambiente di radiazioni ostili sono tutti fattori da prendere in considerazione oltre ad utilizzare componenti di alta qualità, ridondati ove possibile per garantire l’alta affidabilità.

Di solito ci vogliono anni per portare a termine la realizzazione di un osservatorio spaziale. E nel frattempo, i progressi tecnologici obbligano a continue revisioni ed implementazioni della componentistica per disporre delle innovazioni più recenti prima che il progetto stesso venga “congelato” in attesa del lancio. Oltre a queste considerazioni, alcuni veicoli spaziali si basano sull’uso continuo di carburante o di altri materiali di consumo quali liquidi refrigeranti liquidi o solidi che, in ultima analisi, limitano la loro durata utile.

Nel prossimo post, andremo nel cuore di questi osservatori…

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