L’innovativo e rivoluzionario Telescopio Solare Europeo (European Solar Telescope, EST) potrebbe “aprire gli occhi” nel 2029: la costruzione dovrebbe iniziare entro i prossimi 2 anni sull’isola di La Palma, nelle Canarie, e il contributo italiano sarà concreto: coinvolgerà i ricercatori di 3 Università (Roma Tor Vergata, Catania e Calabria), dell’Istituto Nazionale di Astrofisica e diverse aziende. Dotato di strumenti all’avanguardia, EST permetterà di studiare il Sole come mai prima d’ora, consentirà agli scienziati di analizzare e comprendere processi di fisica fondamentale del plasma magnetizzato che avvengono nell’atmosfera della nostra stella. “L’European Solar Telescope (EST), una volta realizzato, sarà il telescopio con il più grande specchio primario dedicato allo studio del Sole esistente sul suolo Europeo,” ha dichiarato ai microfoni di MeteoWeb Francesca Zuccarello, Professore Associato di Fisica per il Sistema Terra e per il Mezzo Circumterrestre all’Università di Catania, Responsabile Nazionale del progetto EST. Il Telescopio, ha proseguito l’esperta, “avrà uno specchio primario di 4.2 metri e una configurazione Gregoriana in asse, oltre che tecniche di mitigazione del seeing innovative, quali ad esempio l’Ottica Adattiva Multi-Coniugata (MCAO) integrata nel percorso ottico, e una suite di strumenti di piano focale operanti simultaneamente nella regione spettrale 390-2300 nm. Nel marzo 2016, il progetto EST è stato inserito nella Roadmap ESFRI (European Strategy Forum for Research Infrastructures) tra le 21 infrastrutture scientifiche considerate strategiche per l’Europa“.
Un gioiello europeo
Sarà un gioiello europeo, di nuova generazione, e senza eguali: “Gli altri telescopi solari operativi in Europa sono caratterizzati da dimensioni dello specchio primario minore o uguale a 1 metro,” ha sottolineato la prof.ssa Zuccarello. “Questo significa che il potere risolutivo di questi strumenti è molto inferiore a quello che si avrà quando EST inizierà ad acquisire i dati solari. Nello specifico, la strumentazione di EST permetterà di risolvere (cioè di distinguere), in fotosfera, scale pari al cammino libero medio dei fotoni (25-30 km), e di derivare il vettore di campo magnetico con accuratezze mai raggiunte in ambito astrofisico. Inoltre, i telescopi solari della classe di 1 metro attualmente esistenti in Europa sono telescopi appartenenti a singole nazioni (ad esempio: Germania, Francia, Svezia), mentre EST sarà una infrastruttura pan-europea, poiché progettata, realizzata e gestita nell’ambito di una collaborazione fra 18 nazioni europee“.
“E’ comunque opportuno ricordare – ha evidenziato l’esperta – che da pochi anni un altro telescopio solare della classe dei 4 metri, il Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) è operativo negli USA. Tuttavia, le caratteristiche tecniche della strumentazione del DKIST sono diverse da quelle progettate per gli strumenti di EST, in particolare per quanto riguarda misure spettro-polarimetriche che consentono la derivazione del vettore campo magnetico. Inoltre, l’esistenza nel prossimo futuro di due telescopi solari della classe dei 4 metri in siti che si trovano a diverse longitudini terrestri (nelle Isole Hawaii per il DKIST e nelle Isole Canarie per EST) presenta importanti aspetti di complementarità, in quanto sarà possibile “seguire” il Sole durante il suo moto apparente nel cielo da due diversi punti della Terra, oltre che facilitare le collaborazioni e il trasferimento di conoscenze, sia tecnologiche che scientifiche“.
European Solar Telescope, il ruolo dell’Italia
Il ruolo italiano è davvero importante, ha ricordato Zuccarello, evidenziando che “diversi ricercatori e tecnologi dell’INAF e delle Università della Calabria, di Catania e di Roma Tor Vergata sono coinvolti nella progettazione di EST fin dal 2008, cioè da quando la European Association for Solar Telescopes (EAST), di cui queste istituzioni fanno parte, ha promosso la progettazione di EST, sulla base degli auspici espressi in documenti programmatici quali ASTRONET Science Vision and Facilities Roadmap, che attribuiscono al progetto EST la più alta priorità tra i progetti di classe media futuri e auspicano la sua realizzazione per mantenere la fisica solare europea alla frontiera delle ricerche in questo campo“.
Nel corso di questi anni, “i ricercatori e tecnologi italiani coinvolti nella progettazione di EST hanno avuto diversi ruoli, da quelli squisitamente scientifici, contribuendo alla definizione delle due successive edizioni delle “Science Requirements” mediante lo studio di diversi casi scientifici, a quelli riguardanti importanti sfide tecnologiche connesse con la progettazione degli strumenti di piano focale, il sistema di reiezione di calore, il sistema di ottica adattiva, la gestione dell’enorme quantità di dati che verrà acquisita, il sistema di controllo del telescopio e degli strumenti“.
Gli sviluppi tecnologici
EST rafforzerà il ruolo attuale dell’Europa nella ricerca astrofisica solare e promuoverà lo sviluppo scientifico e tecnologico, con profitti economici legati alla creazione di posti di lavoro di alta qualificazione. La costruzione offrirà opportunità uniche nell’ottica di sviluppi tecnologici e appalti industriali. Questi accresceranno la competenza Europea nella progettazione e produzione di specchi di grande diametro, sistemi di supporto attivo, controllo termico, strutture meccaniche, ottiche adattive, rivelatori ad alta velocità di ampio formato, strumentazione scientifica ad alta precisione e sistemi di gestione di grandi quantità di dati.
La realizzazione di EST, ha proseguito la prof.ssa Zuccarello, “comporterà l’uso di tecnologie che sono state ben collaudate con la costruzione di telescopi notturni della classe degli 8 metri, ma richiederà sviluppi tecnologici specifici per alcuni sottosistemi dell’infrastruttura. Il progetto EST ha infatti le seguenti caratteristiche principali che lo rendono unico rispetto ai telescopi esistenti, in fase di costruzione o progettazione:
- il disegno ottico caratterizzato da sensibilità e accuratezza largamente superiori rispetto a quelli ottenuti presso altre infrastrutture;
- il sistema di ottica adattiva multi-coniugata più avanzato rispetto a quelli finora sviluppati,
- la suite di strumenti di piano focale che produrranno un flusso dati di vari PB/anno,
- i sistemi per il controllo termico dell’infrastruttura e la mitigazione di effetti di turbolenza prodotti dall’irraggiamento solare“.
Diverse aziende italiane “hanno avuto un ruolo rilevante nello studio e nella progettazione di sottosistemi dell’infrastruttura, sin dalle prime fasi di sviluppo del progetto EST. Fra questi studi ricordiamo quelli legati alla progettazione di Fabry-Perot di grande campo, oppure quelli legati all’ottica adattiva multi-coniugata o al sistema che dovrà controllare e gestire l’enorme flusso di calore convogliato sullo specchio primario“.
Il sito delle Canarie e i “lavori in corso”
EST sarà realizzato alle isole Canarie (Spagna), che offrono condizioni osservative ottimali. “Premesso che nel 2019 è stato costituto l’EST Project Office a La Laguna (Isole Canarie), costituto da una ventina di ingegneri, tecnologi e scienziati interamente dedicati al progetto, la realizzazione di EST sta procedendo attraverso diversi canali: creazione della entità legale che gestirà il progetto, finanziamento da parte dei Paesi che faranno parte del Consorzio, lavori di costruzione della infrastruttura e degli uffici dedicati alla gestione del telescopio e archiviazione e distribuzione dei dati, realizzazione delle ottiche e degli strumenti di piano focale,” ha spiegato la Responsabile Nazionale del progetto. “Per quanto riguarda il primo punto, si sta procedendo con la costituzione della EST Canarian Foundation, che si occuperà del coordinamento e governance del progetto durante i prossimi due anni, fino a quando verrà istituita l’entità legale definitiva, identificata nella forma di un ERIC. Le quote di finanziamento dei vari Paesi sono attualmente in una fase avanzata di discussione e dipenderanno dalle Roadmap scientifiche di questi ultimi”. I lavori di costruzione dovrebbero iniziare, secondo le ultime stime, “entro i prossimi due anni. Infine, per quanto riguarda le ottiche e gli strumenti di piano focale, si prevede che questi possano essere realizzati da sotto-gruppi del Consorzio, mediante contributi cash o in kind“.
La scelta del sito di La Palma, ovviamente, non è casuale. Per la qualità del cielo e le eccellenti condizioni per le osservazioni astronomiche, gli osservatori delle isole Canarie sono siti di prima scelta per ospitare EST. “Le Isole Canarie, sia per la loro posizione geografica (a latitudini quasi tropicali), sia per la trasparenza e l’eccellente qualità astronomica dei loro cieli, sono considerate tra i migliori siti al mondo per le osservazioni solari ed attualmente ospitano diversi telescopi solari della classe di 1 metro,” ha sottolineato la prof.ssa Zuccarello. “Poiché EST ha l’obiettivo di ottenere dati di eccellente qualità (in termine tecnico “al limite della diffrazione”), deve essere situato in un sito in cui la turbolenza atmosferica sopra il telescopio sia ridotta al minimo. Per questo motivo, è stata scelta l’isola di La Palma, che già ospita diverse infrastrutture osservative presso l’Osservatorio del Roque de los Muchachos (ORM)“.
Perché studiare il Sole?
“Occhi puntati”, dunque, sul Sole, e le ragioni per studiare i processi che avvengono sulla nostra stella non sono pochi. “Il Sole costituisce un modello fondamentale per la comprensione dell’Universo e della fisica dello spazio,” ha ricordato l’esperta. “Esso infatti offre la possibilità unica di studiare processi fisici che non sono osservabili con pari risoluzione in altri oggetti astrofisici e non sono riproducibili né in laboratorio, né numericamente alle scale di interesse. Alcuni esempi sono i processi dinamo, la generazione e diffusione del campo magnetico, l’accelerazione di particelle nelle magnetosfere stellari, la riconnessione magnetica, la conversione di energia magnetica in cinetica, il confinamento magnetico, le instabilità e il riscaldamento del plasma, la convezione turbolenta“.
Lo studio del Sole riveste inoltre “importanza centrale nell’ambito dello Space Weather/Space Situational Awareness e della comprensione delle connessioni Sole-Terra, entrambi rilevanti per le ricadute socio-economiche, l’impatto sulle attività di esplorazione umana e robotica dello spazio, gli sviluppi tecnologi e industriali. Si considerino ad esempio le analogie tra lo studio della turbolenza nelle isole magnetiche associate ai brillamenti solari e l’analisi dei problemi di confinamento del plasma nei reattori a fusione“.
EST svelerà i segreti della nostra stella
L’European Solar Telescope svelerà tanti misteri che ancora circondano la nostra stella. La prof.ssa dell’Università di Catania ha ricordato che l’European Solar Telescope “ha fra i suoi obiettivi quello di dare una risposta alle seguenti domande:
- Come evolve il campo magnetico e quali sono i meccanismi di emersione del campo magnetico sulla superficie solare?
- Quali sono i meccanismi di trasporto dell’energia dalla fotosfera alla cromosfera?
- Con quali modalità l’energia viene depositata negli strati superiori dell’atmosfera solare?
- Perché il Sole ha una corona a temperatura più elevata degli strati sottostanti?
- Cosa provoca gli eventi esplosivi (flare, eruzione di filamenti, espulsioni di massa coronale – CME)?“
L’European Solar Telescope e lo Space Weather
Da non trascurare, infine, il ruolo che EST potrebbe rivestire nella previsione del meteo spaziale: “Alcuni fenomeni solari, quali il vento solare, i brillamenti, le eruzioni di filamenti e i coronal mass ejection, possono influenzare le condizioni del meteo spaziale. Se si tiene conto del fatto che i processi fisici che sono alla base dei suddetti fenomeni sono legati a configurazioni complesse di campo magnetico e a diverse modalità con cui il campo magnetico interagisce con il plasma solare, appare evidente come un telescopio della classe dei 4 metri, equipaggiato con strumenti in grado di fornire informazioni dettagliate su questi processi, sia essenziale per capirne i meccanismi primari e quindi permettere di prevedere i fenomeni di Space Weather che hanno origine sul Sole,” ha concluso la dott.ssa Zuccarello.
