Telescopi spaziali esagerati. Dieci – o anche cento – volte più grandi di quelli attuali. Costruiti con ottiche liquide, forgiate dalla Natura direttamente nello spazio. Lenti e specchi a base di materiali fluidi, ai quali l’assenza di gravità e l’azione della tensione superficiale conferiscono una curvatura sferica perfetta. La superficie ideale per le ottiche dei telescopi. Superando al tempo stesso i limiti, altrimenti insormontabili, imposti dallo spazio disponibile nelle ogive dei lanciatori.
Rappresentazione artistica delle fasi di un possibile futuro telescopio gigante prodotto nello spazio utilizzando fluidi. Crediti: Studio Ella Maru
Troppo bello per essere vero? Parrebbe proprio di no. Una serie di test condotti in assenza di peso lo scorso dicembre, durante due voli parabolici sperimentali, confermano quello che predicono i modelli. Ora tocca ai quattro membri dell’equipaggio – in particolare a Eytan Stibbe – della missione privata Axiom 1, da sabato scorso a bordo della Stazione spaziale, compiere ulteriori test in microgravità.
Tutti i liquidi sono soggetti alla tensione superficiale, una forza che mantiene coese le particelle sulla superficie esterna di un fluido. È ciò che consente ad alcuni insetti di camminare sulla superficie di uno stagno senza affondare, per esempio, ed è ciò che dà alle gocce d’acqua la loro forma. Qui sulla Terra, quando le dimensioni delle gocce d’acqua sono al di sotto dei due millimetri la tensione superficiale supera la gravità, mantenendole perfettamente sferiche. Man mano che una goccia diventa più grande finisce però per venire deformata dal suo stesso peso. Questo non accade nello spazio, dove in assenza di peso anche le gocce più grandi, dopo una fase di assestamento, finiscono per assumere una forma sferica perfetta.
Perfetta al punto che un team guidato da Edward Balaban, principal investigator del Fluidic Telescope Experiment (Flute) dell’Ames Research Center della Nasa – team del quale fanno parte anche ricercatori del Goddard Space Flight Center, sempre della Nasa, e dell’Istituto israeliano per la tecnologia Technion – ha deciso d’indagare la possibilità di realizzare lenti e specchi ad alta precisione direttamente nello spazio utilizzando, appunto, dei liquidi.
«Abbiamo pensato, perché non sfruttare il modo in cui i liquidi si comportano naturalmente in microgravità e applicarlo alla costruzione di telescopi su larga scala, o componenti ottici per tutti gli usi prodotti nello spazio?», dice Balaban. «In microgravità, i liquidi assumono forme utili per la costruzione di lenti e specchi, quindi se li realizziamo direttamente nello spazio potrebbero essere usati per costruire telescopi notevolmente più grandi di quanto si ritenesse possibile».
I ricercatori di Flute acquisiscono dati mentre iniettano olio sintetico in una cornice circolare (delle dimensioni di una moneta), dando temporaneamente forma a una lente liquida, durante un periodo di microgravità da 15 a 20 secondi su un volo parabolico ZeroG. Crediti: Technion – Israel Institute of Technology
Per saggiare la validità dell’ipotesi, sono stati anzitutto condotti alcuni test preliminari qui sulla Terra, immergendo liquidi in altri liquidi d’identica densità, così da simulare l’assenza di peso. «Iniettando all’interno di forme circolari immerse nell’acqua un liquido che possa poi essere solidificato, siamo stati in grado di creare lenti da un secchio per lavare i pavimenti, letteralmente», spiega il ricercatore che ha sviluppato il metodo, Valeri Frumkin, del Technion. «La scelta del materiale con il quale realizzare le lenti è ricaduta in modo naturale sui polimeri, come quelli che vengono utilizzati anche nei saloni di bellezza per realizzare unghie finte in acrilico, o per colle del tipo superglue».
«Questo metodo ci consente di saltare completamente qualsiasi processo meccanico, come la molatura o la lucidatura», aggiunge Moran Bercovici, anch’egli del Technion. «Semplicemente, la fisica naturale dei fluidi fa tutto il lavoro per noi». Risultato? Lenti con superfici di qualità eccezionale, paragonabile o addirittura migliore di quella ottenibile con i migliori metodi di lucidatura, realizzate per di più in appena una frazione del tempo richiesto dai processi tradizionali.
Nei test successivi, quelli eseguiti durante i voli parabolici, il fluido utilizzato – iniettato all’interno di un anello grande quanto una moneta – è stato un olio sintetico, simile a quello per motori, e per misurare in modo rapido e preciso la curvatura sono stati usati dei laser. «Esattamente come previsto, in pochi secondi siamo stati in grado di creare una lente liquida autoportante, fino a quando l’aereo non si è sollevato di nuovo verso l’alto e la gravità è entrata in azione, facendo fuoriuscire l’olio», ricorda Bercovici.
Per l’esperimento sulla Stazione spaziale verranno usati nuovamente dei polimeri liquidi, così da poterli trattare – polimerizzandoli con raggi ultravioletti o con il calore – in modo da far loro mantenere la forma acquisita. Ciò consentirà di studiare con precisione le ottiche ottenute in laboratorio, una volta riportate sulla Terra. «Ci aspettiamo che questo approccio produrrà superfici perfettamente sagomate e lisce: le superfici ideali per essere trasformate in specchi», dice Vivek Dwivedi, scienziato del progetto Flute al Goddard ed esperto nella tecnologia di deposizione di strati atomici che potrebbe essere utilizzata per realizzare specchi per telescopi ultra-precisi direttamente nello spazio.
«Se il nostro esperimento sulla stazione avrà successo, sarà la prima volta in cui un componente ottico viene realizzato nello spazio», conclude Balaban. «È un po’ come fare la storia».