Il Wide Field Instrument del telescopio spaziale Nancy Grace Roman della NASA ha raggiunto un errore ottico di 63 nanometri RMS, contro i 90 nanometri previsti come limite di progetto: prestazioni quasi del 30% superiori alle attese. Il risultato dovrebbe permettere di ottenere immagini ancora più nitide durante le osservazioni dell’universo.
A comunicarlo è la NASA, dopo una serie di test e regolazioni di precisione che hanno migliorato la messa a fuoco dell’osservatorio e avvicinato il suo strumento principale alle normali operazioni scientifiche. Il Wide Field Instrument sarà al centro delle ampie campagne di osservazione di Roman, comprese quelle dedicate allo 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!»
Dopo l’attivazione dello strumento 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 anche scomporre la luce nei suoi diversi colori.
Sono stati testati anche i LED interni del sistema di calibrazione. La loro luce, disponibile in diversi colori e regolabile con precisione tramite comandi dalla Terra, permette di misurare la risposta dei rivelatori a differenti intensità. In questo modo gli ingegneri possono individuare e compensare piccole differenze di sensibilità tra un rivelatore e l’altro.
Il team ha inoltre controllato il meccanismo di allineamento dello strumento, spostandolo dalla posizione volutamente fuori fuoco adottata durante il lancio a quella prevista per ottenere immagini più nitide. Altri test hanno verificato che il sistema di controllo termico possa mantenere i componenti alle temperature necessarie.
«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. «Si regola ogni cosa finché non è esattamente come si desidera, poi si lasciano invariate le impostazioni, così lo strumento funziona in modo costante durante l’utilizzo».
Nel frattempo, un altro gruppo ha lavorato sull’allineamento ottico del telescopio, cioè sulla disposizione precisa di specchi e altri elementi che guidano la luce verso gli strumenti. Secondo Matthew Bolcar, responsabile dei sistemi ottici di Roman al Goddard, le prestazioni erano già eccellenti prima delle ultime regolazioni, grazie alla preparazione svolta a terra. I test e le simulazioni condotti al Goddard e dai partner industriali L3Harris e BAE Space and Mission Systems avevano lasciato da correggere soltanto piccoli disallineamenti.
La precisione richiesta è difficile da ottenere per un telescopio spaziale: le forze del lancio e le condizioni nello spazio possono influire sui componenti ottici in modi che non è possibile riprodurre perfettamente a terra. Roman è stato lanciato il 30 agosto.
«I nostri test a terra non potevano riprodurre esattamente l’ambiente che Roman avrebbe incontrato nello spazio, per esempio l’assenza di gravità», ha detto 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 eguagliato o superato le prestazioni previste».
Per mettere a fuoco le immagini, la luce deve seguire un percorso controllato con grande precisione, riflettendosi tra gli specchi prima di raggiungere uno dei due strumenti del telescopio. Anche errori minimi possono compromettere la nitidezza. Nel caso di Roman, però, gli elementi ottici erano già allineati con tale accuratezza da richiedere solo 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. «La regolazione ha modificato leggermente l’altezza dello specchio secondario rispetto a quello primario. Se riportassimo questa altezza alle dimensioni dell’Empire State Building, la variazione sarebbe un po’ inferiore a quella che si otterrebbe impilando una sola moneta da un centesimo di dollaro sulla punta dell’edificio».
Una variazione così piccola può comunque migliorare le osservazioni. Gli ingegneri hanno iniziato correggendo la messa a fuoco del Coronagraph Instrument, che produceva immagini leggermente sfocate. Il problema si è rivelato meno grave del previsto e relativamente semplice da risolvere; dopo la correzione, lo strumento sta raggiungendo le prestazioni attese.
Il lavoro sul coronografo continua. Nelle prossime settimane gli ingegneri perfezioneranno le impostazioni della fotocamera e individueranno le configurazioni più adatte per gli specchi deformabili, prima di dimostrare la capacità dello strumento di bloccare la luce indesiderata. Una volta sistemata la messa a fuoco del coronografo, il gruppo è tornato a effettuare ulteriori regolazioni ottiche sul Wide Field Instrument.
Il requisito fissato per la qualità dell’immagine del Wide Field Instrument era di circa 90 nanometri RMS, cioè un valore quadratico medio che descrive le imperfezioni ottiche rispetto a un fronte d’onda ideale. Si tratta già di un errore estremamente ridotto, circa mille volte inferiore allo spessore di un capello umano. Dopo le correzioni finali, il valore misurato è sceso a 63 nanometri RMS, quasi il 30% meglio del limite previsto.
«Tutte le immagini delle campagne di osservazione cosmica di Roman saranno ancora più nitide di quanto ci aspettassimo», ha detto Jurling. «È un ottimo risultato, frutto di anni di accurate simulazioni, metrologia di precisione e test».
Le prestazioni ottenute potrebbero aiutare Roman a realizzare immagini più dettagliate durante le sue campagne di osservazione, dedicate alla materia oscura, all’energia oscura e ad altri misteri cosmici. Per approfondire il ruolo del telescopio nella ricerca, scopri le campagne di osservazione del telescopio spaziale Roman e gli studi sull’energia oscura e l’espansione dell’universo. Per seguire gli aggiornamenti, è possibile consultare Google e Google News.
Fonte: scitechdaily.com
