Il Daniel Ken Inouye Solar Telescope (Dkist), collocato a oltre 3000 metri di quota in cima al vulcano Haleakala a Maui, nelle isole Hawaii. Crediti: Nso/Aura/Nsf
È un periodo d’oro per la fisica solare. Dopo i primi risultati scientifici della sonda Nasa Parker Solar Probe e l’imminente lancio del satellite europeo Solar Orbiter – attualmente previsto per l’8 febbraio – ha ora aperto gli occhi sulla nostra stella il più grande telescopio solare terrestre.
Il National Solar Observatory (Nso) statunitense ha infatti diffuso le primissime immagini ottenute con il nuovo Daniel Ken Inouye Solar Telescope (Dkist), collocato a oltre 3000 metri di quota in cima al vulcano Haleakala a Maui, nelle isole Hawaii, ed equipaggiato di uno specchio primario da 4 metri di diametro, con un’area di raccolta sette volte maggiore rispetto ai più grandi telescopi solare esistenti, dotati di specchi da circa un metro e mezzo.
Le prime immagini prodotte dall’Inouye Solar Telescope mostrano la superficie solare in incredibile dettaglio, a una risoluzione mai raggiunta prima. Le osservazioni rivelano un complesso motivo disegnato dal plasma “in ebollizione” che ricopre l’intera fotosfera. Le componenti elementari di questo schema ripetuto sono celle convettive, ciascuna di dimensioni di circa 1000 km, prodotte dai violenti moti di plasma che trasportano energia dall’interno del Sole alla sua superficie. Il plasma caldo sale al centro di queste celle, chiamate granuli, raffreddandosi ed espandendosi durante la risalita, per poi ridiscendere verso l’interno in “corridoi” di plasma più freddi posizionati al bordo dei granuli, dove appaiono meno luminosi a causa della temperatura più bassa.
L’Inouye Solar Telescope ha prodotto l’immagine a più alta risoluzione della superficie del Sole mai ottenuta. In questa foto, ripresa a 789 nm, si possono distinguere vedere per la prima volta dettagli di 30 km di dimensioni. L’immagine copre un’area quadrata di 36500 km di lato. Crediti: Nso/Aura/Nsf
«Fin dal primo momento in cui la National Science Foundation (Nsf) ha cominciato a lavorare a questo telescopio, abbiamo atteso queste immagini e questi video con grande trepidazione», commenta France Córdova, direttrice della Nsf, l’agenzia di ricerca statunitense che ha finanziato il progetto. «Ora siamo finalmente in grado di poterle condividere e rappresentano le osservazioni più dettagliate mai ottenute finora. L’Inouye Solar Telescope ci fornirà mappe del campo magnetico nella corona, la parte dell’atmosfera solare dove si sviluppano le esplosioni che possono avere ripercussioni sulla Terra. Questo telescopio migliorerà la nostra comprensione delle cause dello space weather e ci permetterà di fare previsioni più accurate delle possibili tempeste solari».
L’attività solare è infatti responsabile del cosiddetto space weather (“meteorologia spaziale”), ovvero variazioni delle condizioni dello spazio interplanetario che possono avere ripercussioni sul sistema Terra. Oltre alla radiazione, il Sole emette costantemente anche un flusso di materia, chiamato vento solare, che si propaga verso gli estremi del nostro sistema planetario. Di fatto, la Terra e i suoi abitanti vivono immersi nell’atmosfera di una stella; tuttavia, molti meccanismi fondamentali operanti nell’atmosfera solare rimangono ancora oscuri.
«Ci manca ancora una buona comprensione della fisica sottostante al meteo spaziale, governato dal Sole e che sarà oggetto di studio dell’Inouye Solar Telescope per i prossimi decenni», conferma Matt Mountain, presidente di Aura (Association of Universities for Research in Astronomy), l’ente che gestisce l’Inouye Solar Telescope. «In questo campo le nostre previsioni sono a livello di quelle per il meteo terrestre di 50 anni fa, o anche prima».
La porzione di superficie solare ripresa dal nuovo telescopio contestualizzata in un immagine del Sole a tutto campo. Viene mostrato come i granuli siano di dimensioni paragonabili allo stato del Texas. Crediti: Nso/Aura/Nsf.
Sulla superficie del Sole i campi magnetici vengono continuamente spinti e aggrovigliati dai moti del plasma. Riuscire a descrivere in dettaglio la complessa topologia magnetica che ne risulta è una parte importante delle caratteristiche che rendono l’Inouye Solar Telescope uno telescopio davvero unico.
«Tutto ruota intorno al campo magnetico», spiega Thomas Rimmele, direttore dell’Inouye Solar Telescope. «Per decifrare i meccanismi che stanno alla base di molti fenomeni solari ancora non compresi, non solo dobbiamo essere in grado di distinguere chiaramente queste strutture dalla distanza della Terra, 150 milioni di km, ma dobbiamo anche riuscire a misurare l’intensità e direzione del loro campo magnetico, nonché tracciarne comportamento ed evoluzione dalla superficie fino alla parte esterna dell’atmosfera, chiamata corona, uno strato molto rarefatto, ma dove le temperature raggiungono il milione di gradi».
Il progetto
Per riuscire a soddisfare i requisiti scientifici, il telescopio possiede molte caratteristiche innovative. Costruito da Nsf/Nso e gestito da Aura, l’Inouye Solar Telescope combina, come si è detto, uno specchio primario da 4 metri con condizioni uniche di trasparenza e stabilità del cielo, indispensabili anche osservando di giorno anziché di notte.
Uno scorcio della montatura del DKI Solar Telescope in cui si può vedere (sulla dx) il sistema di raffreddamento posto prima dello specchio secondario. Crediti: Nso/Aura/Nsf
La luce solare focalizzata nel fuoco primario del telescopio ammonta a ben 13 kilowatt; questo genera una quantità enorme di calore, che deve essere disperso o assorbito da elementi appositi per non compromettere il telescopio stesso e la qualità degli elementi ottici a valle dello specchio, che a loro volta determinano la qualità delle immagini prodotte. Un sistema di raffreddamento estremamente complesso assolve a questo compito, con oltre 10 km di tubature che fanno circolare un liquido raffreddante attraverso tutta la struttura; il liquido stesso viene raffreddato continuamente tramite ghiaccio che viene prodotto in loco durante la notte.
La cupola che racchiude il telescopio è ricoperta di sottili piastre isolanti, che stabilizzano la temperatura intorno al telescopio stesso, coadiuvate da “persiane” nella cupola stessa, che forniscono ombra e aiutano la circolazione dell’aria. Il cosiddetto heat-stop (“blocca calore”), una sorta di ciambella metallica high-tech, assorbe la gran parte dell’energia solare concentrata nel fuoco primario del telescopio, lasciando passare solo una piccola porzione dell’immagine del disco solare, che viene poi trasmessa alle ottiche successive e finalmente raccolta dagli strumenti scientifici.
Uno schema del Dkist. Crediti: Nso/Aura/Nsf
Il telescopio usa un sistema di ottica adattiva, il più avanzato mai realizzato per osservazioni solari, che permette di compensare gran parte dell’effetto di sfocatura introdotto dall’atmosfera terrestre. Inoltre, il disegno ottico “fuori-asse” del telescopio permette di minimizzare la luce diffusa dal sistema ottico, una caratteristica estremamente importante per poter osservare da Terra la corona solare, che nell’intervallo di luce visibile e vicino infrarosso risulta estremamente debole, circa 10mila volte più tenue della luce del disco.
«L’Inouye Solar Telescope ci fornirà informazioni sulla struttura dell’atmosfera solare e dei processi magnetici che la plasmano», commenta Valentin Pillet, direttore del National Solar Observatory. «Questi stessi processi si propagano nell’intero sistema solare, e le sonde Parker Solar Probe e Solar Orbiter ne misureranno gli effetti in loco, a diverse distanze dal Sole. Prese nel loro insieme, queste osservazioni ci forniranno una chiave di interpretazione per capire come le stelle e i loro pianeti siano connessi magneticamente, un esempio fantastico di astronomia “multi-messaggera”».
«Queste prime immagini sono solo l’inizio», conclude David Boboltz, direttore della divisione di scienze astronomiche dell’Nsf, che ha supervisionato la costruzione del telescopio e il progetto per il suo utilizzo futuro. «Durante i prossimi 6 mesi, il team di scienziati, ingegneri, tecnici dell’Inouye Solar Telescope continuerà il programma di test e collaudo del telescopio e dei suoi strumenti in modo da prepararlo per l’uso da parte della comunità scientifica internazionale. L’Inouye Solar Telescope raccoglierà più dati del Sole durante i suoi primi 5 anni di operazione di tutto quanto raccolto finora, a partire da quando, nel 1612, Galileo per primo puntò il suo telescopio verso il Sole».
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