Tecnologie di piano focale tra il visibile e l'infrarosso

Presso l'INAF Osservatorio Astrofisico di Arcetri è attivo un gruppo tecnologico specializzato nella strumentazione infrarossa e di piano focale.
L’attività di ricerca del nostro gruppo si svolge da oltre venti anni presso i laboratori dell’INAF Osservatorio Astrofisico di Arcetri e ha portato alla progettazione e alla realizzazione di molti strumenti, alcuni dei quali pioneristici, grazie a un gruppo costituito da figure professionali eterogenee e alla stretta collaborazione con l’Istituto Nazionale di Ottica. Abbiamo continuato la nostra attività di ricerca e sviluppato parti di strumenti complessi la cui costruzione necessita di consorzi internazionali, centinaia di persone e il contributo essenziale di aziende private che potessero realizzare questi giganti dell’astronomia.

STRUMENTI

L'INAF di Arcetri e il Dipartimento di Astronomia dell’Università di Firenze sono responsabili della costruzione del telescopio e di parte dell’elettronica di controllo di ARIEL, uno spettrografo infrarosso che orbiterà attorno il punto Lagrangiano L2 a un milione e mezzo di chilometri dalla Terra, circa tre volte la distanza Terra-Luna. Avrà il compito di studiare le atmosfere di un migliaio di  pianeti extrasolari in quattro anni di vita partendo dal 2029, data del lancio con vettore Ariane 6. Spettrometro molto “semplice” che opera fra i 2 e gli 8 micron di lunghezza d’onda ma la cui progettazione e realizzazione è resa estremamente complessa dal fatto che sarà uno strumento spaziale: poco peso, pochi consumi, zero manutenzione, temperatura attorno i -200°C, grandi vibrazioni durante il lancio.

MOONS è un nuovo spettrografo per il Very Large Telescope dell'ESO (Paranal, Cile): si trova in fase di costruzione. I colleghi scozzesi del Royal Observatory di Edinburgh, ubicato su una bella collinetta alle porte della città del Whisky a pochi chilometri da fantastiche scogliere, lo stanno assemblando. Strumento complesso, alto oltre quattro metri, capace di osservare contemporaneamente mille oggetti astronomici, è stato diviso in pezzetti, la cui realizzazione è avvenuta in giro per il mondo: il collimatore fra Nuova Zelanda e Giappone, alcune delle ottiche negli Stati Uniti d’America, i prismi e l’enorme lente correttrice di un metro di diametro in Italia, le fibre ottiche in Francia,  il vetro in Russia, parte della meccanica in Scozia, i sistemi di movimentazione criogenica in Italia, i motori in Germania, l’elettronica in Svizzera, etc… un’enorme geografia tecnologia, fatta di istituti di ricerca e imprese private sparse per il mondo. Il gruppo di ricerca di INAF Arcetri ha realizzato il disegno ottico dello spettrografo e progettato, costruito e fatto realizzare una buona parte delle meccaniche. Spostare oltre 200 Kg di preziosissime ottiche ad una temperatura di -170°C non lo avevamo mai fatto; tenere di conto che al VLT di Paranal, laddove MOONS sarà ubicato, ci sono terremoti di oltre il sesto grado della scala richter, non lo avevamo mai fatto, né avevamo mai fatto un assemblaggio di ottiche per un totale di tonnellate tra vetro e metallo.

HR-MOS: attività di R&D per uno spettrografo visibile multioggetto ad alta risoluzione spettrale per ESO.

PROGETTI COMPLETATI

HIRES è uno spettrografo infrarosso più grande di MOONS e verrà installato a ELT, il telescopio da 36 m di diametro in costruzione a Cerro Armazones, vicino a Paranal. È il futuro: il telescopio è in costruzione e HIRES sarà uno dei primi strumenti che daranno gli occhi a questo che sarà il più grande telescopio terrestre. Presso l'INAF di Arcetri il nostro gruppo si sta occupando del disegno ottico dello spettrografo e dell’uso delle fibre ottiche, migliaia che avranno il compito di portare la luce dal piano focale del telescopio fin dentro lo spettrografo HIRES, pure lui tenuto a -200°C. 

GIANO è stato forse l’ultimo strumento interamente progettato, costruito ed assemblato nei laboratori dell'Osservatorio di Arcetri: si tratta di uno spettrografo, uno strumento cioè in grado di studiare nel dettaglio le costituenti di colore della luce proveniente dagli oggetti scientifici che di volta in volta gli astronomi decidono di studiare. Se la luce visibile, quella che i nostri occhi possono vedere e che va dal rosso (circa 600 nm) al viola (circa 400 nm), la luce che GIANO vede è quella denominata “infrarosso” e che va da 900 nm a 2400 nm. È in questa regione dello spettro elettromagnetico che gli astronomi raccolgo informazioni sulla chimica delle molecole complesse e sul loro stato fisico: per capire come son fatte stelle lontane, come si muovono galassie sperdute, come sono composte atmosfere di pianeti extrasolari.
Altri link: GIANO, GIANO-B.

HIRES-ESO: attività di R&D di strumentazione di piano focale e di accoppiamento in fibre ottiche (IFU).

FOLAB (Fiber-Optics-LAB): attività di ricerca sulle fibre ottiche con particolare attenzione al Modal Noise e al fenomeno del Focal Ratio Degradation.

CRIOLAB: facility criogenica per la realizzazione di  test ottici e meccanici a temperature tra i 10-100 gradi Kelvin, installata presso la ex Torre Solare dell’INAF Osservatorio Astrofisico di Arcetri.

NICS: Near Infrared Camera Spectrometer, al Telescopio Nazionale Galileo.

Partecipano a queste attività: Ernesto Oliva, Andrea Tozzi, Debora Ferruzzi, Anna Brucalassi