Specchi leggeri e arrotolati che si aprono una volta in orbita. Il futuro dell’osservazione dell’universo passa anche attraverso costi contenuti e praticità. Senza sacrificare la qualità dei risultati.
Osservare l’universo dallo spazio ci offre sicuramente una visuale migliore rispetto a quella data dai telescopi terrestri, ma ci pone di fronte a maggiori limitazioni. Il lancio e il dispiegamento degli specchi destinati ai telescopi spaziali sono due procedure costose e complicate. Lo specchio primario del telescopio James Webb ha un diametro di 6,5 metri ed è stato lanciato ripiegato tre volte su sé stesso. Specchi leggeri, da immagazzinare facilmente e dispiegare una volta in orbita, rappresenterebbero una svolta per le missioni spaziali del futuro, riducendo i costi e permettendo di aumentare area riflettente e potenzialità del telescopio.
È proprio questa la direzione suggerita da un nuovo approccio sviluppato nei laboratori del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Astrofisica. Gli specchi a membrana prenderebbero forma all’interno di una camera a vuoto a seguito di un processo di deposizione di vapore chimico su un liquido rotante. In questo processo, un materiale precursore viene fatto evaporare e scisso termicamente in molecole monomeriche che si depositano sulle superfici e poi si combinano per formare un polimero. Questo processo, comunemente usato per applicare rivestimenti per l’elettronica resistente all’acqua, viene utilizzato per la prima volta per creare specchi a membrana parabolica con le caratteristiche ottiche necessarie per l’uso astronomico. Per creare precisamente la forma dello specchio, un contenitore rotante all’interno della camera a vuoto viene riempito con una piccola quantità di liquido in grado di assumere una forma parabolica perfetta, su cui il polimero può crescere, diventando la base dello specchio. Una volta raggiunto lo spessore desiderato, viene applicato sulla parte superiore uno strato metallico riflettente. A questo punto del processo gli specchi vengono arrotolati e immagazzinati in uno spazio molto ristretto.
Il controllo della forma della base dello specchio al momento dello srotolamento e in condizioni ambientali variabili, è gestito tramite la modellazione della superficie basata sull’ottica adattiva radiativa. Illuminando lo specchio con una sorgente di luce spazialmente variabile, viene ottenuta una deformazione superficiale locale controllata manipolando l’espansione termica locale. Con pochi milliwatt di potenza luminosa è possibile aumentare la temperatura della membrana di qualche decimo di grado, per ottenere una deformazione di qualche micrometro, più che sufficiente a compensare eventuali difetti di fabbricazione dello specchio. Questo consente di ripristinare la forma ottica desiderata con una precisione di poche decine di nanometri, come richiesto da applicazioni astronomiche visibili e infrarosse.
La significativa riduzione del peso e la possibilità di arrotolare gli specchi sono elementi chiave per poter realizzare telescopi spaziali con aperture molto più grandi ma a costi notevolmente ridotti. Lo sviluppo dei primi prototipi di specchi a membrana – finora del diametro massimo di trenta centimetri – ha dimostrato la fattibilità del metodo e potrebbe trasformare in realtà la realizzazione di specchi leggeri di quindici o venti metri di diametro, negli anni a venire.
Prototipi di specchi arrotolabili a membrana parabolica. Termosensibili, possono essere deformati ad hoc per compensare eventuali difetti.
Crediti: S. Rabien, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics