Perché gli astrofisici hanno bisogno di una lampadina in orbita

I telescopi spaziali hanno cambiato la nostra visione dell'Universo negli ultimi 25 anni e il futuro sembra promettente. Un certo numero di nuovi osservatori e tecniche di osservazione, sia a terra che in orbita, promettono di ampliare ulteriormente la nostra comprensione del cosmo.

Ma c'è un problema. Uno dei processi fondamentali nell'osservazione è la calibrazione degli strumenti coinvolti. Gli astronomi possono facilmente testare i loro telescopi terrestri con una lampadina decente. Ma una cosa che non possono spiegare è la quantità di luce assorbita dall'atmosfera, che può essere significativa.

È facile immaginare che questo problema scompaia con gli osservatori spaziali. Ma anche questi vanno calibrati. Il telescopio spaziale Hubble, ad esempio, ha lampadine al tungsteno a bordo proprio per questo scopo.

Ma questi introducono anche varie incertezze a causa di cose come piccoli cambiamenti nell'uscita di una lampadina quando la sua temperatura cambia mentre l'osservatorio si muove dentro e fuori l'ombra della Terra. Non c'è nemmeno un modo per confrontare le misurazioni di Hubble dei bulbi di tungsteno con le osservazioni da terra.

Queste incertezze stanno ora ponendo importanti limiti ad alcuni tipi di osservazione, afferma Justin Albert dell'Università di Victoria in Canada. Forse l'esempio più importante sono le misurazioni dell'espansione dell'universo che gli astronomi effettuano osservando la luminosità delle supernove di tipo 1a nelle galassie lontane. Migliori misurazioni richiederanno una migliore calibrazione.

Albert dice che c'è una soluzione ovvia: posizionare una lampadina in orbita che i telescopi a terra possono utilizzare per calcolare esattamente quanta luce l'atmosfera sta assorbendo a qualsiasi frequenza. L'aggiunta di sorgenti luminose calibrate create dall'uomo nello spazio all'arsenale di tecniche per la calibrazione fotometrica fornirà un nuovo potente strumento per aumentare la precisione in astrofisica, afferma. Oggi delinea i vari fattori coinvolti nel suo pensiero.

La fonte di luce richiesta è sorprendentemente piccola. Sottolinea che una lampadina standard da 25 Watt in un'orbita di 700 km sarebbe luminosa come una stella di magnitudine 12,5. Un laser sintonizzabile è un'altra opzione, ma dovrebbe essere puntato con precisione su qualsiasi telescopio terrestre, aumentando così la complessità del progetto.

Nessuna lampadina decente è attualmente visibile nello spazio, ma c'è un'astronave lassù con un laser puntato sulla Terra. CALIPSO è un satellite franco-americano progettato per misurare il profilo verticale di nuvole e aerosol. A tal fine, irradia un laser verde sulla superficie e misura la riflessione.

L'idea di Albert è che misurare questo raggio a terra sia un modo per dimostrare il concetto di calibrazione del telescopio dall'orbita. Ed è stato sicuramente impegnato a inseguire il satellite e fotografare la luce che produce utilizzando una serie di sette telecamere distribuite su poche centinaia di metri..

Il suo problema più grande è che il laser di CALIPSO non è stato progettato per lo scopo per cui lo sta usando. Il raggio ha un'impronta di soli 100 metri circa di diametro. E poiché le incertezze nell'orbita del veicolo spaziale sono maggiori di questo, è difficile mettere le telecamere nella linea di fuoco.

Inoltre, il laser spara a una velocità di 20 Hz, il che significa che la scintillazione nell'atmosfera diventa un fattore (mentre un impulso più lungo o un raggio continuo potrebbe essere una media temporale). Tuttavia, ha svolto un ottimo lavoro nel caratterizzare i problemi associati a questo tipo di lavoro.

Ma evidenzia la difficoltà che gli osservatori avrebbero con queste tecniche. Questi tipi di osservazioni laser sono possibili solo quando il satellite è direttamente sopra la testa e sono validi solo per quel punto nel cielo, da quel luogo sulla Terra, in quel momento.

Chiaramente, gli astronomi avranno bisogno di qualcosa di meglio. Una lampadina che può essere vista da un grandangolo è una buona opzione.

Tuttavia, i riflettori non lo sono. Albert sottolinea che, sebbene diversi satelliti abbiano riflettori per il rilevamento della distanza laser, questi non possono essere utilizzati per misurare con precisione l'assorbimento della luce nell'atmosfera. Questo perché la riflettività cambia con l'angolo di incidenza ma non si sa esattamente come. Inoltre, la riflettività di questi dispositivi cambia nel tempo man mano che gli specchi vengono scavati dal danno del micrometeoroide.

Per portare avanti la sua ricerca, Albert ha in programma di inviare luci più avanzate in palloncini in modo da poter studiare meglio questo problema.

Ma alla fine, l'unico modo per aiutare davvero gli astronomi del futuro sarà mettere in orbita una lampadina. Dato che la storia dell'espansione dell'Universo è uno dei problemi più importanti in cosmologia, forse è il momento di iniziare a pensare più intensamente a come ciò possa essere fatto.

Rif: arxiv.org/abs/1101.5214 : Sorgenti luminose montate su satellite come standard di calibrazione fotometrica per telescopi terrestri

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