Telescopio Roman, immagini più nitide del previsto del 30%

Il telescopio spaziale Roman della NASA ha superato di quasi il 30% le prestazioni ottiche richieste, un risultato che potrebbe tradursi in immagini dell’universo ancora più nitide del previsto. Il traguardo è stato raggiunto dopo una serie di test e regolazioni di precisione, che hanno migliorato la messa a fuoco e avvicinato lo strumento principale dell’osservatorio alle normali operazioni scientifiche.

Il Wide Field Instrument al centro della missione

Il Nancy Grace Roman Space Telescope, lanciato il 30 agosto, è progettato per condurre ampie campagne di osservazione del cosmo. Il suo Wide Field Instrument sarà centrale per molti degli obiettivi della missione, tra cui lo studio della materia oscura e dell’energia oscura.

«Tutte le ampie campagne di osservazione di Roman si baseranno sul Wide Field Instrument», ha dichiarato Dave Hickey, ingegnere dei sistemi dello strumento presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. «Molti degli obiettivi principali della missione, come lo studio della materia oscura e dell’energia oscura, non sarebbero raggiungibili senza questo strumento. Perciò è entusiasmante, oltre che un enorme sollievo, vedere che funziona bene!»

I test sullo strumento

Dopo aver attivato il Wide Field Instrument a settembre, gli ingegneri ne hanno verificato i componenti, prima singolarmente e poi nel sistema completo. I primi controlli hanno riguardato i 18 rivelatori, ciascuno grande all’incirca quanto un foglietto adesivo, e i relativi circuiti elettronici. Il gruppo ha poi esaminato la ruota portafiltri, che ospita filtri e altri elementi ottici: questi selezionano le lunghezze d’onda della luce che raggiungono i rivelatori e possono scomporla nei suoi diversi colori.

È stato testato anche il sistema di calibrazione, che utilizza LED interni per produrre luce di vari colori. La luminosità dei LED può essere regolata con precisione tramite comandi inviati dalla Terra. Misurando la risposta dei rivelatori a diversi livelli di luce, gli ingegneri possono individuare e compensare piccole differenze di sensibilità.

Il team ha inoltre controllato il meccanismo di allineamento dello strumento, spostandolo dalla posizione volutamente fuori fuoco mantenuta durante il lancio a quella che dovrebbe offrire le immagini più nitide. Altri test hanno verificato che il sistema termico possa mantenere i componenti alle temperature necessarie per funzionare correttamente.

«Calibrare uno strumento è come accordare un pianoforte o una chitarra prima di un concerto», ha spiegato Maxime Rizzo, ingegnere dei sistemi del Wide Field Instrument al Goddard della NASA. «Si regola tutto finché non è esattamente come si desidera, poi si lasciano invariate le impostazioni, così lo strumento mantiene prestazioni costanti durante l’utilizzo.»

L’allineamento ottico del telescopio

Nel frattempo, un altro gruppo ha lavorato all’allineamento ottico del telescopio, con l’obiettivo di rendere le immagini il più nitide possibile. Le prestazioni erano già eccellenti prima delle regolazioni, grazie alla preparazione svolta a terra prima del lancio.

«Tutti i test e le simulazioni condotti al Goddard e dai contraenti di L3Harris e BAE Space and Mission Systems ci hanno lasciato soltanto piccole correzioni da apportare per portare ogni elemento a un allineamento quasi perfetto», ha dichiarato Matthew Bolcar, responsabile dei sistemi ottici di Roman presso il Goddard della NASA.

Raggiungere una precisione così elevata è difficile per qualsiasi telescopio spaziale: le forze del lancio e le condizioni dello spazio possono influire sui delicati componenti ottici, e non è possibile riprodurre perfettamente a terra l’ambiente che l’osservatorio incontra in orbita.

«I nostri test a terra non potevano riprodurre esattamente l’ambiente che Roman avrebbe incontrato nello spazio, per esempio l’assenza di gravità», ha spiegato Bolcar. «Ci sono anche lievi differenze nelle variazioni di temperatura e nel contenuto di umidità. Nonostante queste difficoltà, le recenti valutazioni hanno dimostrato che i test a terra erano eccellenti: entrambi gli strumenti hanno raggiunto o superato le prestazioni previste.»

Per ottenere immagini nitide, la luce deve seguire un percorso controllato con precisione, riflettendosi tra specchi e altri elementi ottici prima di raggiungere uno dei due strumenti di Roman. Anche errori minimi nell’allineamento possono compromettere la messa a fuoco. In questo caso, però, gli elementi erano già posizionati con grande accuratezza e sono bastate correzioni molto piccole.

«Abbiamo spostato lo specchio secondario di circa un sedicesimo del diametro di un capello umano», ha dichiarato Alden Jurling, ingegnere ottico senior del progetto Roman al Goddard della NASA. «La regolazione ha modificato leggermente l’altezza dello specchio secondario rispetto a quello primario. Se riportassimo questa altezza a quella dell’Empire State Building, la variazione sarebbe un po’ inferiore a quella che si otterrebbe impilando una singola moneta da un centesimo di dollaro sulla punta dell’edificio.»

Le regolazioni del Coronagraph Instrument

Una modifica così minuscola può avere effetti importanti sulle osservazioni. Gli ingegneri hanno prima perfezionato la messa a fuoco del Coronagraph Instrument, che inizialmente produceva immagini leggermente sfocate. Il problema si è rivelato meno grave del previsto e relativamente semplice da correggere. Dopo l’intervento, lo strumento ha raggiunto le prestazioni elevate attese dal gruppo.

Il lavoro sul coronografo non è ancora concluso. Nelle prossime settimane gli ingegneri perfezioneranno le impostazioni della fotocamera e individueranno le configurazioni più efficaci per gli specchi deformabili, prima di dimostrare che lo strumento è in grado di bloccare la luce indesiderata. Una volta sistemata la messa a fuoco del coronografo, il team è tornato a occuparsi del Wide Field Instrument per ulteriori regolazioni ottiche.

Prestazioni superiori ai requisiti

Il requisito fissato dagli ingegneri per la qualità dell’immagine era di circa 90 nanometri RMS, cioè il valore quadratico medio delle imperfezioni ottiche rispetto a un fronte d’onda ideale. Si tratta già di un errore estremamente ridotto, circa 1.000 volte inferiore allo spessore di un capello umano. Dopo le correzioni finali, il Wide Field Instrument ha raggiunto un errore di appena 63 nanometri RMS, superando quindi il requisito.

«Tutte le immagini delle campagne di osservazione cosmologica di Roman saranno ancora più nitide di quanto ci aspettassimo», ha dichiarato Jurling. «È un ottimo risultato, frutto di anni di accurate simulazioni, metrologia di precisione e test.» Per seguire gli aggiornamenti della missione su Google e Google News.

Fonte: scitechdaily.com